NL8300681A - Motor en generator met permanente magneet. - Google Patents

Description

* VO b595

Betr.: Kotor en generator met permanente magneet.

De uitvinding heeft betrekking op een elektrische motor of generator, meer in het bijzonder dié, waarbij als de bron -van de magnetische flux een permanente magneet wordt gebruikt, waarbij de energiedichtheid en de uitgangsvermogensdichtheid van de motor of generator maximaal wor-5 den gemaakt met een verbeterd rendement (d.w.z. de verhouding tussen het uitgangsvermogen en het ingangsvermogen) en verbeterde, lineaire snel-heids-koppelkarakteristieken ten opzichte van gebruikelijke, permanente-magneetconstructies zowel bij lage als hoge bedrijfsfrequenties.

In de hierna volgende tekst zullen van tijd-tot-tijd de volgende 10 termen worden gebruikt en hun respectieve betekenissen vindt men hieronder voor het gemak : (1) Magnetische flux - een karakteristiek van een energieveld, opgewekt door een magnetamotorische kracht. Wanneer de waarde van deze toestand wordt gewijzigd, wordt in een daarmede gekoppelde, elektrische 15 geleider een spanning geïnduceerd. De flux wordt beschouwd als een lijn of lijnen (imaginair).

(2) Magnetische fluxdichtheid (B) - de grootte van de magnetische flux, die een eenheidsgebied loodrecht passeert.

(3) Magnetische verzadigingsfluxdichtheid (B ) - de maximale ,mag- s 20 netische fluxdichtheid die in een materiaal kan worden geïnduceerd. Het is de gemeten magnetische fluxdichtheid minus die in vacuo.

(4) Remanente magnetische fluxdichtheid (B^) - de magnetische fluxdichtheid van een permanent magnetisch materiaal, welke overblijft nadat het materiaal is verzadigd en de magnetische veldintensiteit ver- 25 volgens tot nul is gereduceerd (soms ook de restfluxdiehtheid genoemd).

(5) Magnetomotorische kracht (F) - de ruimtelijke verdeling van de afgeleide naar de tijd van een lading, waardoor het magnetische veld wordt gemanifesteerd.

(6) Magnetische veldsterkte (H) - een karakteristiek van een mag- 30 netisch veld, die met de magnetomotorische kracht is gerelateerd door een lijnintegraal (d.w.z. de magnetomotorische kracht per eenheid van lengte), soms betiteld als coercitiefkracht. De grootheid wordt opgewekt door strocmlussen of een permanente magneet.

(l) Intrinsieke magnetische veldsterkte (H ) - de magnetische veld- c 35 sterkte, welke nodig is om de magnetische fluxdichtheid in een permanent 8300681 ï 9 - 2 - magnetisch materiaal tot nul te reduceren nadat dit is verzadigd (d.w.z.

. gelijk aan de maximale coërcitiefkracht).

(8) Ontmagnetiseringskromme - dat gedeelte van de hysteresislus van een permanent magnetisch materiaal, dat in het tweede kwadrant op- 5 treedt. Het is een krommesegment, dat wordt afgesloten door en Hc· (9) Energieproduct (BH) - een geschikte eenheid in de techniek, waarmede permanente magneten worden vergeleken; het product van de magnetische fluxdichtheid en de magnetische veldsterkte in een punt van de ontmagnetiseringskromme van een materiaal; energie-eenheden per volume.

10 (10) Maximaal energieproduct (BH ) - het product van B en H,

2H3.X

dat groter is dan in elk ander punt van de ontmagnetiseringskromme.

(11) . Energiediehtheid (Ε/Υ) - de energie per eenheid van volume in cgs-eenheden, verkregen door het energieproduct door 8 // te delen.

(12) Uitgangsenergiedichtheid - het uitgangsvermogen per eenheid 15 van volume van een motor of generator.

(13) Energie-omzetrendement - de verhouding van uitgangsenergie tot ingangsenergie van een motor of generator.

(1¾) Werkpunt - het punt van de ontmagnetiseringskromme van een permanente magneet, waarin de magneet in een magnetisch circuit wordt 20 gebruikt, bepaald door de luehtspleetafmeting of andere fysische eigenschappen van het magnetische circuit, waarin de permanente magneet wordt gebruikt, of door andere uitwendige invloeden, zoals uitwendige magnetische velden of de temperatuur.

(15) Tandwerking - een karakteristiek van.een elektrische machine, 25 waarbij gebruik wordt gemaakt van getande componenten een en ander zodanig, dat een koppel nodig is om.de motor te roteren en over êên tand naar de volgende tand te verplaatsen - met succes toegepast bij stap-motoren.

(16) Reluct anti e ( R) - de verhouding tussen de magnetomotorische 30 kracht en de magnetische flux in een magnetisch circuit of een component daarvan. De reluctant ie van een bepaalde component van een circuit is evenredig met de lengte daarvan in de richting van de fluxlijnen en omgekeerd evenredig met de magnetische permeabiliteit en het dwarsdoor-snede-oppervlak daarvan.

35 (1J) Lineaire snelheids-koppelkarakt eristiek - de karakteristiek van een motor, waarbij het uitgangskoppel daarvan in hoofdzaak lineair in evenredigheid met een toename van de rotatiesnelheid daarvan af neemt.

8300681 * 4 - 3 -

Traditionele ontwerpen van elektrische machines, zoals motoren en generatoren, waarbij gebruik wordt gemaakt van permanente (magnetisch "harde") magneten hetzij van het Alnico-, ferriet-, cobalt- of ander type, hebben de neiging om de magneet te bedrijven bij een werkpunt in 5 de buurt van het punt van de remanente magnetische fluxdichtheid, door een voldoend kleine luehtspleeteomponent van het magnetische circuit, waarin de magneet wordt gebruikt, te onderhouden teneinde de reluctantie van het circuit tot een Tm'm'mum terug te brengen en daardoor de flux-dichtheid maximaal te maken. Bij dergelijke, roteerbare, elektrische 10 machines kan de permanente magneet, welke dient als de bron van de magnetische flux in het magnetische circuit, zich in of het rotor- of het statorelement bevinden, terwijl de geleidende veldwikkeling van de machine, die met het magnetische circuit samenwerkt voor het veroorzaken van een rotatie van een motor of het opwekken van elektrisch uitgangs-15 vermogen bij een generator op het tegenovergelegen element is gemonteerd, meer in het bijzonder is bevestigd aan een kern van zacht, magnetisch materiaal, waarmede de permanente magneet het magnetische circuit vormt.

De genoemde luehtspleeteomponent van het magnetische circuit is normaliter aanwezig tussen de permanente magneet en de kern en indien deze 20 tot een minimum wordt teruggebracht, wordt de reluctantie van het magnetische circuit gewoonlijk tot een minimum teruggebracht. Een dergelijk tot een minimum terugbrengen van de reluctantie van het magnetische circuit leidt op zijn beurt tot een werkpunt van de magneet, waarbij de flux in het circuit maximaal wordt gemaakt en wel overeenkomstig de 25 onderstaande grondketenvergelijking : magnetomotorische kracht flux = -=—t—rt- reluctantie

De luchtspleet is tengevolge van de geringe magnetische permetabiliteit van lucht, normaliter het meest belangrijke, de reluctantie veroorzaken- 30 de élement in het circuit (de magneet en de kern hebben gewoonlijk een grote magnetische permeabiliteit tenzij zij door de temperatuur of een hoogfrequentiewerking op een schadelijke wijze worden beïnvloed).

Het tot een minimum terugbrengen van de luchtspleet voor het maximaal maken van de flux bij permanent-magnetische machines geschiedt ge-35 woonlijk door het gebruik van getande kernconstructies, welke voorzien in ruimten tussen de tanden voor het onderbrengen van de wikkeling en welke, doordat de uiteinden van de tanden in de onmiddellijke nabijheid 83 0 0 68 1 - 4 - k * van de permanente magneet worden getracht, de neiging hebten om de effectieve luchtspleet tot een minimum terug te brengen. In het verleden hebben ontwerpers soms de tandeloze kernconstructies in permanente-magneetinrichtingen voor speciale redenen verlaten, bijvoorbeeld om een 5 kamwielwerking te beletten, om een eenvoudige en economische installatie en verwijdering van de wikkeling mogelijk te maken, om de fabricage te vereenvoudigen of om harmonischen te elimineren, welke zich voordoen bij een veldverdeling via tanden, teneinde een sinusvormig veld te verkrijgen. Zelfs wanneer dergelijke tanden bij de permanente magneetin-10 richting worden weggelaten, hebben de ontwerpers evenwel desalniettemin getracht de luchtspleet zo klein mogelijk te maken teneinde de flux in het magnetische circuit maximaal te maken. Een voorbeeld van een bekend, tandeloos, permanent-magneetontwerp vindt men in het Amerikaans octroorschrift 4.130.TÖ9s waarbij gebruik wordt gemaakt van een tandeloos kern-15 stelsel om een-goedkope wikkelingsinstallatie en -verwijdering mogelijk te maken, doch waarbij desalniettemin de nadruk wordt gelegd op het tot een minimum terugbrengen van de luchtspleet, consistent met de kleinste wikkelingsafmeting, die aan de koppeleisen van de motor zal voldoen.

Ook in het Aaerikaanse octrooischrift 4.135*107 wordt gebruik gemaakt 20 van een tandeloos kernstelsel voor het elimineren van harmonischen teneinde een sinusvormig veld te verkrijgen, doch wordt eveneens weer de nadruk gelegd op het tot een minimum terugbrengen van de luchtspleet door in het stelsel een zo groot mogelijke rotor te gebruiken. Soortgelijke, tandeloze-kernontwerpen vindt men in de Aaerikaanse octrooischrif-.25 ten 2.952.788, 3.360.668, 4.019^075 en 4.θ8θ.54θ.

Er zijn verschillende redenen waarom het tot een minimum terugbrengen van de luchtspleet en het derhalve maximaal maken van de flux in het magnetische circuit,, het ontwerp van vroegere motoren en generatoren met permanente magneten, hebben voorgeschreven. Eén reden is de 30 kennis, dat het uitgangsvermogen, dat door een dergelijke motor of generator wordt opgewekt, evenredig is met de fluxdichtheid van het magnetische circuit en, aangezien er in het algemeen een wens bestaat om het uitgangsvermogen ma.y-iTna.al te maken, is er een overeenkomstige wens om de f luxdichtheid maximaal te maken.

35 Van meer .belang is, dat vroegere leren ontwerpers nadrukkelijk hebben aangemoedigd om permanente magneten bij hoge fluxdichtheden te bedrijven in verband met het -gevaar van de onomkeerbare ontmagnetisering 8300681 t % " - 5 - van de permanente magneet. Het probleem van de onomkeerbare ontmagneti-sering in een motor of generator met permanente magneet is een ernstig probleem, omdat een van een aantal uitwendige invloeden het werkpunt van een permanente magneet tijdens het bedrijf zodanig kan veranderen, 5 dat het punt te dicht bij de "knie” van de ontmagnetiseringskramme kamt te liggen. Indien daarna de fluxdichtheid om de een of andere reden verder wordt verkleind, en daarna wordt vergroot, zal het werkpunt zich niet langs de oorspronkelijke ontmagnetiseringskromme bewegen, doch zal het punt zich in plaats daarvan langs een kleine lus van de kromme naar ^ een geringere fluxdichtheid bewegen. Indien de uitwendige invloeden, die een dergelijke verschuiving van het werkpunt veroorzaken, op een cyclische wijze blijven voortduren, kan een verdere ontmagnetisering in opeenvolgende cyclische veranderingen langs sequentieel lage, kleine lussen plaats vinden, die na elkaar optreden, totdat een uiteindelijke kleine ^ lus optreedt, die omkeerbaar is. Wanneer deze toestand is bereikt, treedt geen verdere ontmagnetisering om, doch werkt de magneet daarna bij een veel lagere fluxdichtheid met een dienovereenkomstig verlies aan energie. De uitwendige invloeden, welke een dergelijke ontmagnetisering kunnen veroorzaken, indien een initieel werkpunt met relatief geringe flux-^ dichtheid is verkregen, zijn : (1) temperatuurveranderingen, die de configuratie van de ontmagnetiseringskromme veranderen; (2) veranderingen in de reluctantie van het magnetische circuit, tengevolge van temperatuur, frequentie of mechanische variabelen, welke ^ de neiging hebben om de reluctantie te vergroten, de fluxdichtheid te verlagen en derhalve het werkpunt langs de ontmagnetiseringskromme naar een lager punt te verschuiven; en (3) veranderingen in uitwendige, omgekeerde magnetische velden, welke worden veroorzaakt door de wikkeling van de inrichting.

30

In verband met deze gevaren hebben vroegere leren op een uniforme wijze aanbevolen, dat de ontwerper een werkpunt kiest, dat rekening houdende met de verwachte temperatuurniveaus, in hoofdzaak boven de knie van de ontmagnetiseringskromme ligt en derhalve een betrekkelijk grote flux-dichtheid heeft, dicht hij het punt van remanente fluxdichtheid. Zoals ^ hoven is vermeld, geschiedt dit door de luchtspleetafmeting tot een minimum terug te brengen.

De meeste ontwerpers zijn reeds bewust geweest van het feit,dat 8300681 • « - 6 - de bovenbeschreven, algemeen geaccepteerde praktijk van het tot een minimum terugbrengen van de luchtspieetafmeting, en het maximaal maken van de fluxdichtheid, ofschoon hierdoor het uitgangsvermogen van een motor met permanente magneet maximaal wordt gemaakt en een onomkeerbare 5 ontmagnetisering wordt belet, theoretisch niet leidt tot een motor met permanente magneet met een zo groot mogelijke uitgangsvermogensdichtheid - (d.w.z. theoretisch niet voorziet in een motor met permanente magneet met het kleinst mogelijke volume, welke in staat is een bepaald mit-gangsvermogen te leveren). Dit omdat, ofschoon het uitgangsvermogen even-10 redig is met het uitgangskoppel, dat op zijn beurt evenredig is met de fluxdichtheid, de uitgangsenergiedichtheid omgekeerd evenredig is met de afmetingen van de permanente magneet (d.w. z. de lengte daarvan tussen de polen en het oppervlak daarvan loodrecht, op de fluxrichting). Dergelijke dimensies beïnvloeden het totale volume van de motor. Ontmag-15 netiseringskrommen van permanente magneten zijn zodanig, dat een toename van de fluxdichtheid leidt tot een dienovereenkomstige afname van de magnetische veldsterkte en omgekeerd. Derhalve vereist, overeenkomstig de bovenstaande grondvergelijking voor een magnetisch circuit, een bepaald percentage toename in fluxdichtheid, in verband met de overeen-20 komstige afname in de magneetveldsterkte, een meer dan proportionele toename van de magneetlengte om de gereduceerde, magnetische veldsterkte te compenseren teneinde daardoor te voorzien in een voldoende magne-.tomotorische kracht (het product van de magnetische veldsterkte H en .de magneetlengte L^) om de grotere fluxdichtheid te ondersteunen. Op 25 een soortgelijke wijze vereist een bepaald percentage toename in magnetische .veldsterkte, tengevolge van de overeenkomstige afnsme in fluxdichtheid, .een meer dan proportionele toename van het magneet oppervlak om een gewénste flux te onderhouden. De disproportionaliteit van de vergroting van.de relevante, magneetafmetingen neemt toe naarmate de flux-30- dichtheid of de magnetische veldsterkte maximaal wordt gemaakt, al naar gelang het geval. Dit wijst erop, dat de hoogste uitgangsenergiedichtheid derhalve zal overeenkomen .met een werkpunt op de ontmagnetiserings-kromme, dat ergens tussen de maximale fluxdichtheid en de maximale veldsterkte, ligt. Het is mathematisch, aangetoond, dat de maximale, theore-35 tische uitgangsenergiedichtheid wordt verkregen door.de magneet te bedrijven in een punt van de ontmagneti s eringskromme, waarin het product van de fluxdichtheid en.de magnetische veldsterkte.(d.w.z. het energie- 8300681

M A

- 7 - product van de permanente magneet) ma.Trima.a.1 is.

De wens om het uitgangsvermogen (in plaats van de uitgangsvermo-gendichtheid) maximaal te maken of meer gebruikelijk, de vrees van de onomkeerbare ontmagnetisering van de permanente magneet, indien deze bij ^ het werkpunt met de theoretische maximale uitgangsenergiedichtheid wordt bedreven, heeft evenwel het tegengestelde en in het algemeen geaccepteerde principe van het maximaal maken van de fluxdichtheid voorgeschreven, zoals boven is besproken. Zelfs wanneer een ontwerpoogmerk is het maximaal maken van de uitgangsenergiedichtheid van inrichtingen met perma- 10 nente magneten, is derhalve het traditionele antwoord, m verband met de vrees van de onomkeerbare ontmagnetisering, het kiezen van een permanent magnetisch materiaal met sen betrekkelijk grote remanente fluxdichtheid, zoals een Alnieo magneet, en het minimaal maken van de luchtspleet om de fluxdichtheid maximaal te maken, aangezien het als de praktische weg ^ wordt beschouwd om de uitgangsenergiedichtheid maximaal te maken (d.w.z. consistent met de stabiliteit van de permanente magneet). Dit is het tegengestelde van het kiezen van een weripunt op de ontmagnetiserings-kromme in of bij de lagere fluxdichtheid, overeenkomende met het punt van het maximale energieproduct en de theoretische uitgangsenergiedicht- 20 dichtheid.

Luchtspleten treden niet noodzakelijkerwijs slechts tussen de rotor en de stator van een inrichting met een permanente magneet op. Zo heeft bijvoorbeeld de firma Siemens in West Duitsland onlangs een motor op de markt gebracht, welke is voorzien van een tandeloze stator en een 25 . .

cilindrische, tweepolige, buisvormige rotor met een permanente Alnieo magneet, waarbij binnen de buisvormige permanente magneet een niet-magnetische zinkkern aanwezig is. Derhalve is er niet slechts een luchtspleet tussen de rotor en de stator, doch ook, aangezien het zink niet- magnetisch is, een zeer grote luchtspleet in het magnetische circuit bin- 30 .

nen de buisvormige, permanente magneet zelf, waardoor de reluctantie van het circuit sterk wordt vergroot. Proeven, die met deze bepaalde motor zijn uitgevoerd, geven aan, dat de grote luchtspleten, die in het magnetische circuit daarvan aanwezig zijn, in het circuit een zo grote reluctantie veroorzaken, dat de gemeten fluxdichtheid daarvan bij bena- 35 dering 1/10 van de remanente fluxdichtheid van de permanente Alnieo magneet is, hetgeen erop wijst, dat het werkpunt ver onder de "knie” van de ontmagnetiseringskromme daarvan is gelegen en erop wijst, dat een 8300681 * ί - 8 - grote mate van onomkeerbare ontmagnetisering van de magneet aanwezig is . Aangezien hierbij zeer weinig nuttig gebruik wordt gemaakt van de energie van de magneet, toont dit waarom algemeen aanvaarde ontwerpprincipes voor motoren en generatoren met permanente magneet een tot een ττπτητηπτπ 5 terugbrengen van de luchtspleetcomponent van het magnetische circuit en daardoor een maximaal maken van de fluxdiehtheid voorschrijven teneinde het werkpunt van de magneet zo ver mogelijk van de zone te houden, waarin een omkeerbare ontmagnetisering kan optreden.

Er wordt op gewezen, dat dezelfde ontwerpprincipes en problemen 10- niet noodzakelijkerwijs gelden voor niet-permanente-magneetinrichtingen, d.w.z. waarbij de magnetomotorische kracht van het magnetische circuit tijdens het bedrijf wordt geïnduceerd. Er is hiervoor een aantal redenen. In de eerste plaats bestaat er geen gevaar van een omkeerbare ontmagnetisering van niet-permanente-magneet inrichtingen. In de tweede 15 plaats werken, terwijl permanente magneten langs een magnetiserings-kromme in het tweede kwadrant werken, waarbij een in hoofdzaak voorafbepaalde relatie aanwezig is tussen de magnetische veldsterkte, de flux-dichtheid en de reluctantie van het magnetische circuit, niet-permanente inductiemagneten in het eerste kwadrant van de bijbehorende hysteresis-20 krommen, waar de magnetische veldsterkte en de fluxdiehtheid niet afhankelijk behoeven'ie zijn van de reluctantie van het magnetische circuit, doch in plaats daarvan in hoofdzaak afhankelijk kunnen zijn van een geïnduceerd, magnetisch veld. Derhalve is er een aantal voorbeelden van niet-permanente magneetmachines, zoals die, weergegeven in de Amerikaan-25 se octrooischriften 3.082.337» 3.963.950 en h.238.702, waarbij tande- - loze. kernen en brede luchtspleten met betrekkelijk grote reluctantie worden toegepast in verband met de grotere flexibiliteit bij het ontwerp van het magnetische circuit, dat door niet-permanente magneten wordt toegelaten. Een dergelijke spleetverbreding doet evenwel af aan het rende-30 ment, omdat een groter ingangsvermogen met een groter dientengevolge optredend warmteverlies optreedt.voor het induceren van dezelfde magnetische fluxdiehtheid in een magnetisch circuit met grote reluctantie dan in een magnetisch circuit met kleine.reluctantie.

Er zijn ook enige typen.permanente-magneetinrichtingen, zoals die 35 volgens het Amerikaanse octrooischrift waarvoor andere prin cipes en problemen gelden, omdat deze geen kernen en/of wikkelingen bezitten.

8300681 i 4 - 9 -

Terugkerende tot liet ontwerp van permanente-magneetmachines van het meer normale type met kernen en wikkelingen, waarop de uitvinding betrekking heeft, blijkt uit de bovenstaande toelichting, waarom ontwerpers het principe hebben gevolgd, dat de praktische weg om de uit-5 gangsenergiedichtheid van een permanente magneet in een motor of een generator maximaal te maken daarin bestaat, dat de reluetantie tot een minimum wordt teruggebracht en de fluxdichtheid van het magnetische circuit maximaal wordt gemaakt, in hoofdzaak om een onomkeerbare ontmagne-tisering te vermijden. Dit is de gebruikelijke benadering geweest on-10 aanks de kennis, dat de theoretische, maximale uitgangsenergiedichtheid in feite niet optreedt bij een grote fluxdichtheid bij het remanentie-punt van de ontmagnetiseringskromme, doch in plaats daarvan optreedt bij een geringere fluxdichtheid bij een tussengelegen gedeelte van de ont-magnetiseringskramme, waar, ofschoon de fluxdichtheidfactor van het ener-15 gieproduct iets is gereduceerd, de magnetische veldsterktefactor sterk is vergroot, zodat het product van deze twee zich op de maximale waarde daarvan bevindt. (Dit in tegenstelling met de situatie in het eerste kwadrant van een hysteresiskromme, van toepassing op niet-permanente magneten, waarbij het punt van het theoretische maximale energieproduct 20 normaliter overeenkomt met het punt van maximale fluxdichtheid). Ofschoon het werkpunt van het theoretische maximale energieproduct en de uitgangsenergiedichtheid op de ontmagnetiseringskromme van een permanente magneet door de vakman om de bovenstaande redenen is vermeden, zou het desalniettemin bijzonder gunstig zijn ten aanzien van het maximaal maken 25 van de uitgangsenergiedichtheid en derhalve de economie van permanente-magneetinrichtingen, indien een praktische benadering werd gekozen, waarbij het theoretische werkpunt van het maximale energieproduct en de uitgangsenergiedichtheid in feite op een doeltreffende wijze kon worden gebruikt.

30 Het oplossen van het omkeerbare ontmagnetiseringsprobleem om de permanente magneet in of bij het theoretische punt van het maximale energieproduct daarvan te bedrijven, lost evenwel niet alle problemen op. Er resteren de problemen van het maximaal maken van het uitgangsvermogen ondanks de gereduceerde fluxdichtheid en.het op een zodanige wijze uit-35 voeren hiervan, dat de ingangsenergieeisen tot een minimum worden terug-• gebracht en de lineaire snelheids-koppelkarakteristiek van de permanente magneetinrichting wordt bevorderd (welke laatste ertoe bijdraagt om de 8300881 » * - 10 - nauwkeurige regeling daarvan te vereenvoudigen). Dit zijn in hoofdzaak problemen van energie-omzetrendement in afhankelijkheid van het tot een minimum terugbrengen van de schadelijke opwekking van warmte.

Het verschaffen van een werkpunt met gereduceerde fluxdiehtheid, 5 overeenkomende met het theoretische, maximale energieproduct en de uit-gangsenergiedichtheid van een permanente magneet, kan op een aantal verschillende wijzen worden verkregen. Aangezien een reductie van de flux-dichtheid in het magnetische circuit tot een tussengelegen punt van de ontmagnetiseringskromme, aanmerkelijk onder het remanentiepunt, nodig is 10 om het werkpunt van het theoretische maximale energieproduct te verkrijgen en aangezien de fluxdiehtheid omgekeerd evenredig is met de relue-tantie van het magnetische circuit overeenkomstig de bovenstaande grondvergelijking voor een magnetisch circuit, kunnen verschillende wijzen voor het vergroten van de reluctantie van het circuit worden be-15 schouwd om het gewenste werkpunt te verkrijgen. Een mogelijke methode is het instellen van de luchtspleet tussen de permanente magneet en de kern (d.w.z. het verbreden hiervan); een andere mogelijke methode is het introduceren van een luchtspleet op een andere plaats in het magnetische circuit, zoals binnen een holle, buisvormige, permanent magnetische rotor 20 door het inwendige daarvan met lucht of een niet-magnetisch materiaal te vullen; weer een andere mogelijkheid kan dié zijn, waarbij de permeabiliteit of het dwarsdoorsnede-oppervlak van het kernmateriaal wordt gereduceerd teneinde daardoor de reluctantie daarvan te vergroten. Een te sterke toename van de reluctantie van het circuit door een van deze mid-25 delen veroorzaakt een werking van de permanente magneet bij een flux-dichtheid, welke te ver ligt onder die, welke overeenkomt met het maximale energieproduct daarvan, waardoor de uitgangsenergiedichtheid wordt verlaagd en de kans op een onomkeerbare ontmagnetisering wordt vergroot, zoals het geval is bij de bovengenoemde motor van Siemens. Bovendien zal 30 slechts.een van deze alternatieven het energie-omzetrendement optimaal maken doordat het schadelijke opwekken van warmte tot een mim’-mum -wordt teruggebracht. Door het reduceren van de permeabiliteit of het dwarsdoorsnede-oppervlak van het kernmateriaal zal het opwekken van warmte slechts toenemen, terwijl het introduceren van een luchtspleet op een 35 plaats, welke verschilt van die tussen de permanente magneet en de kern, niet bij draagt tot-het tot een minimum terugbrengen van het opwekken van warmte.

8300681 - 11 -

Een ander probleem, dat zich bij permanente magneetmotoren en -generatoren voordoet, is het hoogfrequentieprobleem ran te grote kernver liezen, in de vorm van hysteresis- en wervels troomwarmt ever liezen, die het rendement op een schadelijke wijze beïnvloeden, overdreven niet-5 lineaire snelheids-koppelkarakteristieken verschaffen en de maximale bedrijf sfrequentie van de wikkeling, evenals de omwentelingssnelheid van de motor of generator begrenzen. In de Amerikaanse octrooischriften 3.657.583, 2.885.645 en 760.269 wordt voordeel getrokken van het ge bruik van een magnetisch zacht ferrietkernmateriaal om t.'&e genoemde 10 kernenergieverliezen bij hoogfrequentietoepassingen van niet-permanente magneetinrichtingen te reduceren. Omdat de meeste permanente magneten echter grotere remanente fluxdichtheden bezitten dan de verzadigings-fluxdichtheid van magnetisch, zacht ferriet en gewoonlijk bij zodanige remanente fluxdichtheden worden bedreven om redenen, welke boven zijn 15 beschreven, en omdat de gebruikelijke ontwerpprincipes van alle elektrische machines vereisen, dat de verzadigingsfluxdichtheid van de kern tenminste even groot is als de fluxdichtheid, die in het magnetische circuit beschikbaar is, zodat de beschikbare fluxdichtheid volledig kan worden benut, heeft men het inconsistent beschouwd om magnetisch zacht 20 ferriet of andere mogelijke gunstige kernmaterialen in combinatie met permanente magneten met hogere remanente fluxdichtheden dan de verzadigingsfluxdichtheid van het kernmateriaal te gebruiken. Derhalve vindt men geen aanwijzingen ten aanzien van de manier waarop voordeel kan worden getrokken van dergelijke potentieel gunstige kernmaterialen bij in-25 richtingen, waarbij gebruik.wordt gemaakt van permanente magneten met hogere remanente fluxdichtheden dan de verzadigingsfluxdichtheid van het kernmateriaal.

Wat derhalve nodig is, is een ontwerpbenadering van permanente magneetmotoren en generatoren, waarbij de permanente magneten kunnen wor-30 den bedreven bij of in de buurt van de werkpunten van het theoretische, maximale energieproduct en de uitgangsenergiedichtheid daarvan zonder onomkeerbare ontmagnetisering van de permanente magnet en .Verder verdient de wijze voor het verschaffen van dergelijke werkpunten die te zijn, welke het best geschikt is voor het maximaal maken van het uitgangsver-35 mogen, het energie-omzetrendement en de lineaire snelheids-koppelkarak-teristieken van . de permanente magneetinrichting. Tenslotte dient het ontwerp het gebruik van magnetisch zacht ferriet en andere gunstige kern- 8300681 -12- materialen-met-geringe .verliezen.compatibel'.te maken met .bet gebruik van permanente magneetmaterialen met hogere remanente fluxdichtheden dan de .verzadigingsfluxdichtheid van.het kernmateriaal.

De uitvinding is gericht op de principes voor.het ontwerp en 5 het bedrijven van permanente magneetmotoren en generatoren, meer in het bijzonder van het borstelloze.roteerbare type, doch ook van toepassing op andere typen, zoals die, waarbij gebruik wordt gemaakt van een rechtlijnige beweging, welke voldoen aan alle bovenbeschreven concurrerende eisen op een compatibele wijze om de uitgangsenergiedichtheid, het 10. energie-omzetrendement en de lineaire snelheids-koppelkarakteristieken maximaal te maken. Het toepassen van de principes volgens de uitvinding leidt tot de kleinste en meest doeltreffende, permanente magneetinrich-ting voor een bepaald permanent magnetisch materiaal en energie-uitgangs-niveau of, met andere woorden, leidt tot de meest krachtige en doeltref-15 fende permanente magneetinrichting voor een bepaald uitwendig volume en een bepaald permanent magnetisch materiaal.

De wijze, welke wordt gekozen voor het instellen van het werkpunt van de permanente magneet in of bij het punt van het theoretisch maximale energieproduct op de ontmagnetiseringskromme van de magneet, 20 bestaat daarin, dat de spleet tussen de permanente magneet en de kern wordt ingesteld (d.w.z. verbreed), waardoor de reluctantie van het magnetische circuit voldoende wordt vergroot om de fluxdichtheid van het circuit en de permanente magneet te reduceren tot een fluxdichtheid, welke in de buurt ligt van. de fluxdichtheid, welke overeenkomt met het 25 werkpunt met het theoretische, maximale energieproduct. Het gevaar van een onomkeerbare ontmagnetisering, dat normaal te verwachten is bij deze keuze van het werkpunt,.wordt op een aantal wijzen vermeden. Eén hiervan is het gebruik van permanente.magneten, welke worden gekozen uit een exclusieve groep, waarvan .de ontmagnetiseringskrommen esn zodanige vorm 30 hebben, dat veranderingen in het werkpunt.tengevolge van de eerder genoemde uitwendige invloeden, zelfs ofschoon het werkpunt zich in de buurt van het punt van het theoretische maximale energieproduct bevindt, leiden tot slechts een omkeerbare in plaats van een onomkeerbare ontmagnetisering. Deze exclusieve groep van magneten omvat uit barium-.of 35 strontiumferriet bestaandè permanente magneten, uit zeldzame aarden en andere cobalt bestaande permanente magneten (zoals samarium cobalt en platina cobalt) en andere permanente magneten van een type met verhou- 8300681 5 '* - 13 - dingen tussen de waarden van hun remanente magnetische fluxdichtheden en hun intrinsieke magnetische veldsterkten van niet meer dan ongeveer 2 : 1, of mengsels daarvan. In de groep zijn niet begrepen uit Alnico (aluminium-nikkel-cobalt) bestaande permanente magneten.

5 De keu2e van een verbrede spleet tussen de permanente magneet en de kern als een middel voor het instellen van het werkpunt van het theoretische maximale energieproduct draagt ook bij tot het tegengaan van een onomkeerbare ontmagnetisering doordat de invloed op het werkpunt van veranderingen in uitwendige, omgekeerde magnetische velden, welke 10 door de wikkelingen worden opgewekt, tot een minimum wordt teruggebracht en doordat temperatuurvariatie-invloeden op de ontmagnetiseringskromme en op de reluctantie van het magnetische circuit, tengevolge van warmte, die in de kring wordt opgewekt, om hierna uiteen te zetten redenen tot een minimum worden teruggebracht.

15 De keuze van een verbrede spleet is verder van belang voor het maximaal maken van het uitga.ngsvermogen en het energie-omzetrendement van de permanent magnetische inrichting. Aangezien volgens de uitvinding de spleetafmeting uitsluitend wordt bepaald door het gewenste werkpunt van de permanente magneet (in plaats van door andere factoren, 20 zoals de wikkelingsafmetingen, zoals in het bovengenoemde Amerikaanse octrooischrift h.130.7^9) en aangezien de spleet een vergrote spleet is, voor het verkrijgen van de gereduceerde fluxdichtheid, overeenkomende met het gewenste werkpunt, kan gebruik worden gemaakt van een wikkeling met een groter dwarsdoorsnede-oppervlak met grotere, individuele win-25 dingen en/of een groter aantal windingen, die de vergrote spleet vult.

De vergrote wikkeling leidt tot belangrijke voordelen wanneer deze wordt toegepast in combinatie met een werkpunt van een permanente magneet in of bij het punt met het maximale energieproduct. De verhouding tussen het opwekken van ohmse warmte in de wikkeling en het uitgangsvermogen 30 zal bijvoorbeeld worden gereduceerd door de gereduceerde weerstand van grotere, individuele wikkelingen tengevolge van de grotere dwarsdoorsneden daarvan, waardoor wordt bijgedragen tot het energie-omzetrendement doordat warmteverliezen tot .een minimum worden teruggebracht. Op een soortgelijke wijze maakt een groter aantal windingen in of een pa-35 rallel- of een serieeonfiguratie een reductie van de stroom in elke winding mogelijk, welke, vergeleken met het vergrote aantal windingen voldoende is om ook de verhouding tussen het opwekken van de ohmse warmte 8300681 - 1¼ -

f. V

en het uitgangsvermogen .te reduceren. Uit de ohmse vergelijking, P = A, blijkt, dat de warmtedissipatie varieert met het kwadraat van de stroom en de eerste macht van de weerstand. Derhalve heeft, ofschoon de grootte van de weerstand kan toenemen door het toevoegen van windingen 5 aan de wikkelingen, de kwadratische reductie in de stroom, welke daardoor kan vloeien, een grotere invloed op het totale, gedissipeerde vermogen dan de toename van de weerstand tot een enkele macht.

De tot een minimum teruggebrachte opwekking van ohmse warmte maakt ook de temperatuurfluctuatie van. de inrichting minimaal, waardoor 10 de temperatuur gevoelige ontmagnetiseringsinvloeden, welke boven zijn besproken, tot een minimum worden teruggebracht, een excessieve verhitting van andere, nabijgelegen temperatuurgevoelige componenten wordt belet en de lineaire snelheids-koppelkarakteristieken van de inrichting worden bevorderd. Voorts compenseert de vergrote wikkeling even-15 tuele reducties in het uitgangsvermogen, welke anders een gevolg kunnen zijn van de gereduceerde fluxdichtheid, welke overeenkomt met het werkpunt bij het theoretische maximale energieproduct.

Bovendien draagt de vergrote luchtspleet bij tot het beletten van een onomkeerbare ontmagnetisering, doordat de invloed op het werkpunt 20 van de magneet door veranderingen in uitwendige, omgekeerde magnetische velden, opgewekt door.de wikkeling, tot een minimum worden teruggebracht. Volgens de bovengenoemde basisvergelijking van het magnetische circuit, is de totale flux in het magnetische circuit, inclusief niet slechts die, welke door de permanente magneet wordt opgewekt, doch ook ·.

25 die, welke wordt opgewekt door het uitwendig, omgekeerde magnetische veld van de wikkeling, als volgt : . .mmk. .van .magneet' (HL.) -.mmk. van wikkeling (Ui) , __ mm _ ^ ~ reluctantie

Uit.de vergelijking blijkt, dat zelfs indien de magnetomotorische 30 kracht (mmk) van de wikkeling (Ui) wordt vergroot doordat de vergrote spleet met een' wikkeling wordt .gevuld, waardoor de stroom of het aantal windingen toeneemt teneinde de gereduceerde fluxdichtheid van de permanente magneet, overeenkomende met het punt met maximaal energieproduct te compenseren, de grotere reluctant ie van het magnetische circuit ten-35 gevolge van de vergroting van de luchtspleet normaliter een reducerende invloed zal hebben'op.het niveau van de magnetische ontmagnetiserings-flux, die door de wikkeling in de permanente magneet wordt geïnduceerd.

8300681 ;· ^ - 15 - Τηβ-ΐβη bijvoorbeeld de spleetlengte zou worden verdubbeld, waardoor de reluctantie werd verdubbeld door bet verwijderen van kerntanden of, in de afwezigheid van dergelijke tanden, door de afmeting van een permanent magnetische rotor te verkleinen, die zich binnen een omgevende vikke-5 ling bevond, zou het resulterende dwarsdoorsnede-oppervlak van de spleet, dat met een wikkeling zou kunnen worden gevuld, daardoor niet worden verdubbeld. Ofschoon derhalve de reluctantie van het circuit zou worden verdubbeld, zou het aantal windingen en derhalve de magnetomotorische kracht en de resulterende ontmagnetis eringsflux, die in de permanente 10 magneet door de wikkelingsspoel wordt geïnduceerd, minder dan verdubbeld worden. Derhalve zouden de zwaaien om het werkpunt van de permanente magneet, veroorzaakt door de ontmagnetiseringsflux van de wikkeling, in werkelijkheid worden gereduceerd, waardoor het verder mogelijk is het werkpunt dicht bij de "knie" van de ontmagnetiseringskromme (d.w.z. in 15 de buurt van het maximale energieproduct) in te stellen zonder gevaar voor een onomkeerbare ontmagnetisering.

Het verbreden van de spleet tussen de permanente magneet en de kern en het gunstige gebruik daarvan, zoals boven is beschreven, wordt mogelijk gemaakt door het inzien van het feit, dat, indien het werkpunt 2° van de permanente magneet wordt ingesteld door de spleet te verbreden, dit werkpunt in hoofdzaak onafhankelijk zal zijn van de magnetische flux, die door de wikkelingen wordt geïntroduceerd.

Het is duidelijk, dat indien wordt aangenomen, dat praktisch de gehele reluctantie van het magnetische circuit zich in de vergrote lucht-^5 spleet bevindt, de energie, welke door de permanente magneet wordt opgewekt, d.w.z. het product van de fluxdichtheid en de magnetische veld-intensiteit daarvan, in wezen uitsluitend is geconcentreerd in de spleet, waar de energie op een doeltreffende wijze met de wikkeling zal samenwerken. Indien derhalve het werkpunt met maximaal energieproduct wordt gebruikt, worden de energiediehtheid van.de magneet en de energiedicht-heid in de spleet beide in hoofdzaak maximaal gemaakt.

Met de werkpunten met grote fluxdichtheid, welke voor permanente magneten volgens de vroegere ontwerptheorie werden gekozen, waren kernmaterialen nodig, die dienovereenkomstig hoge niveaus van een magne-35 tisehe flux konden verwerken. Met.de lagere fluxdichtheden, welke men verkrijgt bij werking bij het punt met het theoretische maximale energieproduct op de ontmagnetiseringskromme volgens .de uitvinding, kunnen 8300681 t· v - 16 - evenwel kernmaterialen met'.veel lagere verzadigingsfluxdichtheden worden gebruikt. Dit maakt dan het.gebruik van magnetisch, zacht ferriet of amorfe metaalkerxmaterialen mogelijk .met hun gunstige, hoogfrequente eigenschappen met geringe verliezen, in combinatie met permanente mag-5 neten met veel hogere remanente fluxdichtheden dan de verzadigingsflux-dichtheid van het kernmateriaal. Derhalve bevordert het kiezen van het werkpunt in of bij het punt met het maximale energieproduct verder het energie-omzetrendement en de lineaire snelheids-koppelkarakteristieken bij hoogfreqüentietoepassingen, doordat warmteverliezen van de kern tot 10 een minimum worden teruggebracht, hetgeen geschiedt door gebruik te maken van een hoogfrequent kernmateriaal met geringe verliezen en kleine verzadigingsfluxdichtheid, compatibel met permanente magneten met hogere remanente fluxdichtheden. Bovendien wordt, omdat de reluctantie van een dergelijk kernmateriaal bij toenemende bedrijfsfrequentie niet in de- 15. zelfde mate toeneemt als ijzer of andere kernmaterialen, welke vroeger bij dergelijke permanente magneten zijn gebruikt, de stabiliteit van de reluctantie van het magnetische circuit en derhalve van het werkpunt op zijn beurt maximaal gemaakt, waardoor verder de kans op een onomkeerbare ontmagnetisering van de permanente magneet wordt gereduceerd.

20 Er is een algemene mathematische formule ontwikkeld, volgens welke het'magnetische circuit van een motor of generator met permanente magneet kan worden ontworpen voor het bereiken van het oogmerk om de permanente magneet in of bij het werkpunt daarvan met het theoretische, maximale energieproduct te bedrijven. De formule verschaft een gewenste 25 verhouding tussen de totale lengte van alle spleten in een magnetisch circuit en de totale lengte van alle permanente magneten in hetzelfde circuit. Volgens deze formule is .de verhouding evenredig met de verhouding tussen een imaginaire, intrinsieke magnetische veldsterkte van het bepaalde, gebruikte, permanente magneetmateriaal (bepaald door het pro-30 j eet er en van dat .gedeelte van de ontmagnetiseringskromme van de magneet, dat boven de "knie" is gelegen, op de veldsterkte-as) en de remanente fluxdichtheid van het bepaalde, permanente magneetmateriaal. Deze formule is als volgt ;

. .L + u." . .H

35 mï r waarbij L -L. de totale lengte van alle spleten in het magnetische circuit s is, L^-j- de totale lengte van alle permanente magneten in hetzelfde cir- 8300681 - 1Τ - ."’T5' ii: cult is, uq de permeabiliteit in de vrije ruimte (1 in cgs eenheden) is, H de imaginaire intrinsieke magnetische veldsterkte van de magne-cp ten, geprojecteerd vanuit het gedeelte van de ontmagnetiseringskr cmme daarvan, gelegen hoven de knie, is en de remanente fluxdichtheid 5 van de permanente magneten is. De formule is een vereenvoudigde benadering, omdat daarbij bepaalde veronderstellingen zijn gedaan, inclusief de veronderstelling, dat het gedeelte van de ontmagnetiseringskromme boven de knie in hoofdzaak een rechte lijn is, dat er praktisch geen tem-peratuurvariaties aanwezig zijn en dat er geen randflux aanwezig is.

10 Indien eén grote temperatuurvariatie is te verwachten (bijvoorbeeld tengevolge van uitwendige omstandigheden) is het verstandig de ontwerp-formule op de ontmagnetiseringskromme van de magneet toe te passen bij de laagste te verwachten bedrijfstemperatuur teneinde de kans op een thermische ontmagnetisering tot een minimum terug te brengen.

15 In verband met de eigenschappen van de ontmagnet ï s er ingskr ommen van het ferriet en zeldzame aarden en andere permanente cobalt magneten, waarop de uitvinding meer in het bijzonder van toepassing is, zoals boven is besproken, leidt de formule gewoonlijk tot een optimaal resultaat , waarbij L·^ bij benadering gelijk is aan , hetgeen neerkamt 20 op een veel grotere verhouding van de totale spleetlengte tot de totale magneetlengte dan tot dusverre is toegepast bij motor- en generatoront-werpen met permanente magneet onder gebruik van de vroegere ontwerpprincipes, waarbij men de neiging had de magnetische fluxdichtheid maximaal te maken. De verhouding van -j- tot L^j. dient volgens de uitvin-25 ding binnen het gebied van 0,5 tot 2,0 te liggen en bij voorkeur in het gebied van 0,8 tot 1,2, afhankelijk van het bepaalde permanente magneet-materiaal.

Een belangrijk oogmerk van de uitvinding is derhalve het aangeven van een weg om motoren en generatoren met permanente magneet te bedrij-30 ven in een werkpunt van de permanente magneet in of bij het werkpunt van het theoretische maximale energieproduct, zonder dat daardoor een onomkeerbare ontmagnetisering van de permanente magneet wordt veroorzaakt, teneinde de energiedichtheid van de permanente magneet en de energiedicht-heid in de luchtspleet maximaal te maken.

35 Een verder belangrijk doel van de uitvinding is het maximaal ma ken van de uitgangsenergiedichtheid en het energieomzetrendement van de motor of generator met permanente magneet en wel op .een wijze, welke com- 8300681 - 18 - patibel is met het "bovengenoemde werkpunt "bij het theoretische, maximale energieproduct.

Een verder doel van de uitvinding is gebruik te maken van permanente magneten met betrekkelijk grote remanente fluxdichtheden, compati-5 bel met het gebruik van kernmaterialen met verzadigingsfluxdichtheden, welke aanmerkelijk lager zijn dan de genoemde remanente fluxdichtheden, teneinde in staat te zijn de voordelen van dergelijke kernmaterialen, zoals magnetisch, zacht ferriet, te verkrijgen, indien deze voor een bepaalde toepassing nodig zijn.

10 De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder ver wijzing naar de tekening. Daarbij tonen : fig. 1 - 4 gedeeltelijk in doorsnede afgeheelde, vereenvoudigde axiale aanzichten van de inwendige configuraties van verschillende typen bekende, roteerbare motoren met permanente magneet, opgebouwd volgens de 15 eerder aanvaarde ontwerpprincipes; fig. 5-8 gedeeltelijk in doorsnede, vereenvoudigde axiale aanzichten van de inwendige configuraties van bij wijze van voorbeeld gekozen motoren, vergelijkbaar met respectievelijk dié van de fig. 1 -doch opgebouwd overeenkomstig de ontwerpprincipes volgens de uitvinding 20 en wel ter vergelijking; fig. 9 een vereenvoudigde axiale doorsnede van het inwendige van een ander type roteerbare motor volgens de uitvinding; fig. 10 een ontmagnetiseringskromme voor een typerende, permanente magneet, bestaande uit een zeldzame-aardecobalt, en een ter vergelijking 25 aanwezige, maagdelijke magnetiseringskromme voor een typerend, uit een magnetisch zacht ferriet bestaand kernmateriaal; en fig. 11 een grafische voorstelling, die ter vergelijking ontmagne-tiseringskrommen voor verschillende bekende, permanente magneetmaterialen toont.

30 Fig. 1 toont een vereenvoudigde axiale doorsnede van het inwendi ge van een gebruikelijke, roteerbare, borstelloze motor met permanente magneet, waarbij een radiaal symmetrische motor 10 met vier polen is voorzien van permanente magneten 12, 1 it-, 16 en 18, welke zijn verbonden met een uit ijzer bestaande as 20,. welke is gelegerd in niet-afgeheelde 35 legers, die de as 20 zodanig ondersteunen, dat deze kan.roteren binnen .een concentrisch gewikkelde veldstator 22.. Evenals in alle figuren 1 - 9 is .de wisselstroom in de wikkeling 2k van de stator 22 met de positie van 83 0 0 68 1 - 19 - de rotor 20 gesynchroniseerd door geschikte middelen, zoals Hall effect-elementen en een geschikte schakeling, welke terville van de duidelijkheid niet is weergegeven, doch van het algemene type is, omschreven in het Amerikaanse octrooischrift 130-769- De magneten 12, 14, 16 en 18 5 kunnen uit een in de handel verkrijgbaar, permanent magneetmateriaal bestaan. Ter vergelijking evenwel zal worden aangenomen, tenzij anders is vermeld, dat alle magneten in de figuren uit zeldzame-aardecobalt bestaan, zoals semarium cobalt, en de ontmagnetiseringskromme volgens fig. 10 vertonen. De stator 22 wordt vervaardigd door getande lamellen uit 10 platen van elektrisch staal of andere ijzerlegeringen, welke zijn opgestapeld, te ponsen onder gebruik van een van een aantal bekende methoden voor het vormen van een statorkern 26. De wikkeling 2k wordt dan in de gleuven 26a tussen de tanden 26b van de kern ingebracht, waarna het gebruikelijk is het gehele stelsel met epoxy in te bedden of met een lak 15 in vacuo te impregneren.

De fluxbaan over een van vier radiaal symmetrische magneetcir-cuits van de motor volgens fig. 1 is aangegeven door de stippellijn 28. Het magnetische circuit omvat dat gedeelte van de rotor 10 tussen de zuidpool van de magneet 14 en de noordpool van de magneet 12, de kern 20 26 en de twee luchtspleten 30 en 32 tussen de magneten 12 en 14 en respectievelijk de tanden van de kern. De totale reluctantie van dit magnetische circuit is de som van de individuele reluctanties van de magneten 12 en 14, de as 20, de spleet 30 en 32 en de kern 28. Onder normale omstandigheden zijn de enige componenten met een grote reluctantie 25 echter de luchtspleten 30 en 32, waarin zich geen magnetisch materiaal bevindt en welke spleten, zoals uit fig. 1 blijkt, betrekkelijk smal zijn teneinde de totale reluctantie van het magnetische circuit tot een minimum terug te brengen. Hierdoor wordt op zijn beurt de flux en de fluxdichtheid van het magnetische circuit maximaal gemaakt. In verband 30 met de geringe reluctantie en derhalve de grote fluxdichtheid van het magnetische circuit, ligt het werkpunt van de magneten bij benadering in het punt, dat in fig. 10 met X1 is aangeduid. Opgemerkt wordt, dat dit werkpunt betrekkelijk dicht bij de remanente fluxdichtheid Br van de permanente magneet ligt en een relatief klein energieproduct heeft, 35 voorgesteld, door het gebied van de rechthoek 3^, bepaald door de magnetische fluxdichtheid en de magnetische veldsterkte in het punt X1 met elkaar te vermenigvuldigen. Dit leidt tot een magneet met een relatief 8300681 - 20 - geringe energiedichtheid.

Fig. 5 toont een machine,-welke vergelijkbaar is met die volgens fig. 1 behalve, dat deze-volgens .de uitvinding is opgebouwd. De constructie van de rotor 110 volgens fig. 5 is dezelfde als en bezit de-5 zelfde ontmagnetiseringskromme als de rotor 10 volgens fig. 1. De stator 122 van fig. 5 verschilt evenwel sterk van de stator 22 volgens fig.

1. Omdat op de statorkern 126 geen tanden aanwezig zijn, zijn de effectieve lengten L van elk van de spleten 130 en 132 aanmerkelijk gro-

O

ter dan de effectieve lengten van de spleten 30 en 32 van fig. 1. De-10 ze toename van de totale spleetlengte van het magnetische circuit 128 volgens fig.· 5 ten opzichte van die volgens fig. 1 maakt de reluctantie van het magnetische circuit volgens fig. 5 aanmerkelijk groter dan die van fig. 1. Dit betekent, dat de fluxdichtheid in het magnetische circuit volgens fig. 5 aanmerkelijk kleiner zal zijn dan die volgens fig.

15 1, waardoor men een werkpunt op de ontmagnetiseringskromme volgens fig.

10 verkrijgt bij een tussengelegen gedeelte van de kromme in of bij het punt X2 met het theoretische maximale energieproduct, voorgesteld door het gebied van de rechthoek 36, welke aanmerkelijk groter is dan de rechthoek 3waardoor wordt voorzien in een dienovereenkomstig grotere 20 energiedichtheid.

In verband met de kleine spleten 30 en 32 bij de bekende uitvoe- i ringsvorm.volgens fig. 1 is de verhouding van de totale spleetlengte tot de totale magneetlengte in het magnetische circuit, aangegeven door de stippellijn 28, slechts ongeveer 1 : U. In tegenstelling daarmede is 25 de verhouding van de totale spleetlengte (2L ) tot de totale magneet- δ lengten .(21^) van het magnetische circuit, aangegeven door de stippellijn 128 in fig. 5S van de orde van 1:1. Dit is in overeenstemming met de algemene mathematische formule, welke boven is gegeven, voor het tot stand brengen van de verhouding tussen de totale spleetlengte en de to-30 tale magneetlengte in het circuit. Volgens de formule is de verhouding evenredig met de verhouding tussen.een imaginaire, intrinsieke magnetische veldsterkte. van het-bepaalde permanente magnetische materiaal, bepaald door dat.gedeelte van de ontmagnetiseringskromme van de magneet, dat boven de "knie" ligt, op de.veldsterkte-as (d.w.z. H in fig. 10) te cp 35 projecteren, en de remanente fluxdichtheid van het magneetmateriaal (B^ in fig. 10). (Men gebruikt een geprojecteerde, imaginaire intrinsieke magnetische veldintensiteit H in plaats van de werkelijke intrinsie- 83 0 0 6 8 1 - 21 -

Ice veldsterkte H in de formule, omdat deze in combinatie met B de c r helling van dat.gedeelte van de ontmagnetiseringskromme boven de "knie”, waar een werkpunt op een nuttige wijze kan worden verschaft zonder kans op ontmagnetisering volgens de uitvinding, meer nauwkeurig voorstelt).

5 Aangesien volgens de bepaalde ontmagnetiseringskromme volgens fig. IO4.

H gelijk is aan 8.000 oersted, terwijl B gelijk is aan 8.000 gauss, CO Γ is de verhouding van de totale spleetlengte tot de totale magneetleng- te 1 ; 1 volgens de formule, hetgeen betekent, dat voor het magnetische circuit 128 van fig. 3, 2L gelijk dient te zijn aan 2L en derhalve g m 10 gelijk dient te zijn aan L^.

In fig. 5 heeft het verwijderen van de tanden van de statorkern 126 en de resulterende verbreding van de spleet ten opzichte van de mag-neetlengte ruinte gemaakt voor een vergrote wikkeling 12U, die de spleet voor optimale resultaten in hoofdzaak vult. Zoals reeds is vermeld, 15 maakt de vergrote wikkeling, omdat deze is ondergebracht in de vergrote spleet, waar de grootste hoeveelheid energie van de permanente magneet aanwezig is, het uitgangsvermogen maximaal, terwijl de ontmagne-tiseringsfluxeffecten daarvan worden gereduceerd en de verhouding tussen het opwekken van ohmse warmte in de wikkeling en het uitgangsvermo-20 gen tot een minimum wordt teruggebracht. Hierdoor wordt het energie-omzetrendement maximaal gemaakt, de temperatuurfluctuatie en derhalve de temperatuurgevoelige ontmagnetiseringsinvloed tot een minimum teruggebracht, de lineaire snelheids-koppelkarakteristieken van de inrichting bevorderd en wordt een te sterke verhitting van andere nabijgele-25 gen temperatuurgevoelige componenten belet.

Indien de motor volgens fig. 3 is beoogd voor een hoogfrequen-tiewerking met relatief grote snelheid, kan de statorkern 126 bij voorkeur worden opgebouwd uit magnetisch zacht ferriet, amorf metaal of een ander hoogfrequentiekernmateriaal met geringe verliezen. Meer in 30 bet bijzonder is ..toepassen van een magnetisch zacht ferriet mogelijk, dat een spinelkristalstructuur heeft, welke in de meeste gevallen voldoet aan de formule XFe^O^, waarbij X kan bestaan uit mangaan, zink, cobalt, nikkel of een ander metaalion. Bij hoogfrequentiewerking zijn de kernverliezen.voor een dergelijk materiaal meer in het bijzonder 35 drie of vier orden van grootte geringer dan het beste elektrische ijzer, zoals dat waaruit de statorkern 26 volgens fig. 1 is opgebouwd. Zoals uit fig. 10.blijkt, is de verzadigingsfluxdichtheid B van het magnetisch s 8300681 - 22 - zaehte ferriet incompatibel met .de smalle spie et structuur volgens fig. 1, omdat de fluxdichtheid van het werkpunt X1 van de magneet groter is dan de verzadigingsfluxdiehtheid van het ferrietkernmateriaal en' derhalve niet kan worden onderhouden tenzij een kernmateriaal, zoals ijzer, met 5 tenminste een even grote verzadigingsfluxdiehtheid wordt.gebruiktIn tegenstelling daarmede maakt het werkpunt X2, dat volgens de uitvinding wordt verkregen door het gebruik van een veel grotere verhouding tussen de spleetlengte en de magneetlengte, het ferrietkernmateriaal compatibel met de permanente magneet, omdat het werkpunt X2 zich bevindt bij een 10 gereduceerde fluxdichtheid, welke kleiner is dan de verzadigingsflux-dichtheid van het kernmateriaal, en het bereiken van het werkpunt X2 derhalve niet zal worden gehinderd door het ferrietkernmateriaal, zoals het geval zou zijn bij het werkpunt X1. Het gebruik van een dergelijk kernmateriaal maakt het mogelijk zeer hoge omwentelingssnelheden en een 15 hoge bedrijfsfrequentie te verkrijgen zonder dat excessieve kernverlie-zen in de vorm van warmte optreden, waardoor verder het uitgangsvermogen, het energie-omzetrendement en de lineaire snelheids-koppelkarakteris-tieken maximaal worden gemaakt, terwijl temperatuurgevoelige, ontmagne-tiseringsinvloeden en schadelijke invloeden van hoge temperatuur op an-20 dere, nabijgelegen temperatuurgevoelige componenten tot een minimum worden teruggebracht.

Fig. 11 toont een aantal ontmagnetiseringskrommen van typerende, permanente magneetmaterialen, welke op de markt verkrijgbaar zijn en die, behalve wat betreft Alnico-materiaal, geschikt zijn om volgens de 25 uitvinding te worden toegepast. Voor elke kromme is een stippellijn aangegeven, die dat gedeelte van de kromme, dat boven de knie is gelegen, op de magnetische veldsterkte-as projecteert teneinde aan te geven op welke wijze de waarde van H in elk geval wordt bereikt voor het toepassen van de formule voor het bepalen van de verhouding van de to-30 tale spleetlengte tot de totale magneetlengte volgens de uitvinding.

Deze verhouding zal.gewoonlijk in het gebied van de eenheid liggen en . dient binnen het gebied van 0,5 tot 2,0 te liggen en bij voorkeur binnen het gebied van 0,8 tot 1,2, afhankelijk van het bepaalde permanente magneetmateriaal, 35 Fig. 11. toont ook waarom een Alnico magneet ook geschikt is om volgens.de uitvinding te worden toegepast, tengevolge van de bijzonder grote verhouding (bij benadering 20 : 1) tussen de waarden van de rema- 8300681 - 23 - nente fluxdichtheid B daarvan en.de intrinsieke veldsterkte H daar- r c van, waarbij een dergelijke steile ontmagnetiseringskromme ontstaat, dat een zeer geringe variatie in de fluxdichtheid wordt getolereerd zonder ontmagnetisering, indien het initiële werkpunt niet dicht bij 5 het remanentiepunt ligt. In het algemeen zullen de permanente magneet-materialen, die geschikt zijn om volgens de uitvinding te worden toegepast, veel lagere verhoudingen tussen de waarden van hun remanente fluxdiehtheden B en hun intrinsieke veldsterkten H hebben, welke ver-r c houdingen niet groter zijn dan ongeveer 2:1.

10 Fig. 2 toont de motor met permanente magneet volgens het Ameri kaanse oetrooischrift U.130.769. Deze motor bezit een vierpolige rotor 38, waarop de magneten niet zijn gesegmenteerd, doch in plaats daarvan tot een isotrope magneet zijn gemagnetiseerd. De motor is verder voorzien van een tandeloze statorkern U0, die door een spleet k2 met een 15 lengte L van de rotor 38 is gescheiden, waarbij zich in de spleet k2 s een wikkeling UI bevindt. Sen van de vier radiaal symmetrische magnetische circuits van de motor volgens fig. 2 is aangegeven door de stippellijn h6 en omvat een magneet met een lengte L^, twee spleten met een lengte L en een gedeelte van de kern UO. Zoals reeds is opgemerkt, ë 20 wordt bij deze motor gebruik gemaakt van een tandeloze kernconstructie om een goedkope wikkelingsinstallatie en verwijdering mogelijk te maken, doch wordt de nadruk gelegd op het tot eèn minimum terugbrengen van de spleet, consistent met de kleinste wikkelingsafmeting, die aan de kop- peleisen van de motor voldoet. Derhalve is de verhouding tussen de to- 25 tale spleetlengte 2L van het magnetische circuit U6 en de magneetleng- ë te L·^ ongeveer slechts 1:3· Derhalve ligt het werkpunt van de permanente magneet niet veel verder van het remanentiepunt dan het werkpunt van de motor volgens fig. 1.

Ih tegenstelling daarmede is een motor, welke vergelijkbaar is 30 met de motor volgens fig. 2, doch welke volgens de uitvinding is uitgevoerd, weergegeven in fig. 6. De motor volgens fig. 6 heeft dezelfde buitenafmetingen als die volgens fig. 2, doch heeft een aanmerkelijk grotere energiedichtheid tengevolge van de aanwezigheid van een bedrijfs-punt X2 (fig. 2), dat zich in de buurt van het theoretische, maximale 35 energieproduct van de bijbehorende, permanent magnetische rotor 138 bevindt. Het werkpunt van het theoretische maximale energieproduct wordt verkregen door de verhouding tussen de totale spleetlengte 2L en de

S

8 3 0 0 6 8 1 - 24 - magneetlengte L van het magnetische' circuit 146 zodanig.te vergroten, dat zij hij benadering aan elkaar .gelijk zijn. Dit.vereist een vergroting van de spleet l4'2 tussen de rotor 138 en de kern 1·4θ, een overeenkomstige reductie van de diameter van de permanent magnetische 5 rotor 138 en het opvullen van de vergrote spleet 142 met een vergrote wikkeling 1·44 volgens de uitvinding.

Fig. 3 toont de motor, afgeheeld in het Amerikaanse octrooi-schrift 4.135.1075 welke is voorzien van een tweepolige, permanent magnetische rotor 48, door het midden waarvan zich een stalen as 49 uit-10 strekt, welke rotor door een spleet 50 is gescheiden van een statorkern 52, om welke een relatief vlakke wikkeling 54 is gewikkeld. Eén van de twee diametraal tegenover elkaar gelegen magnetische circuits van de motor is aangegeven door de stippellijn 56 en omvat een totale spleet- lengte van 2L en een totale magneetlengte van 2L . Evenals de motor g m 15 volgens fig. 1 bedraagt de verhouding tussen de totale spleetlengte van het magnetische circuit en de totale magneetlengte slechts ongeveer 1 ; 4. Evenals de motor volgens fig. 2 is hij de motor volgens fig. 3 een spleet zonder tanden gebruikt, doch voor andere doeleinden dan het maximaal maken van het energieproduct van de permanent magnetische rotor 20 48, doordat de kern zonder tanden wordt gebruikt voor het elimineren van harmonischen teneinde een sinusvormig veld te verkrijgen. De nadruk wordt echter gelegd op een tot een minimum terugbrengen van de lucht-spleet door bij de inrichting gebruik te maken van een zo groot mogelijke rotor.

.25 Fig. 7 toont een motor, welke vergelijkbaar is met die volgens fig. 3, doch volgens de uitvinding is uitgevoerd. Evenals bij de motor volgens fig. 6 wordt de diameter van de permanente magnetische rotor 148 aanmerkelijk gereduceerd om het mogelijk te maken, dat tussen de rotor 148 en de statorkern 152 een veel grotere spleet 150 aanwezig is.

30 De uitwendige wikkelingen van de motor volgens fig. 3 vindt men in fig.

7 niet, omdat zij zich buiten.het magnetische circuit bevinden en derhalve niet bijdragen tot het uitgangsvermogen. Volgens de uitvinding zijn de twee spleetlengten L van fig. 7 bij benadering gelijk aan de twee g - magneetlengten L en is de vergrot e' spleet 150 in hoofdzaak gevuld met 35 een vergrote. wikkeling -154.

Fig. 4.toont in vereenvoudigde vorm de voornaamste elementen van .een permanent magnetische motor, zoals deze boven reeds is besproken en 8300681 - 25 - Ίίϊ; vervaardigd wordt door de firma Siemens in West Duitsland. Deze motor heeft een tandeloze statorkern 58, die een cilindrische, tweepolige, "buisvormige rotor U6 met een permanente Alnico magneet omgeeft, waarbij zich "binnen de buisvormige, permanente magneet een niet-magnetische 5 ziikkern 62 "bevindt en in het midden van de rotor zich een stalen as 63 bevindt. Een wikkeling 6h is aan de statorkern 58 in de spleet 66, die de rotor 60 van de statorkern 58 scheidt, bevestigd. In éên van de twee diametraal tegenover elkaar gelegen magnetische circuits van de motor, aangegeven door de stippellijn 68, zijn niet slechts twee spleten 10 1 tussen de rotor 60 en de statorkern 58 aanwezig, doch ook, aangezien

S

de zinkkern 62 niet-magnetisch is, twee zeer grote, effectieve spleten L binnen de buisvormige, nermanente magneet 60 zelf, waardoor de re-gz luctantie van het circuit sterk wordt vergroot. De totale lengte van de magneten in het magnetische circuit komt overeen met de twee afstanden 15 L , als aan gegeven in fig. h. Er is hier tussen de totale spleetlengte

2R

2L + 2L en de totale magneetlengte 2L van het magnetische circuit 68 g gz m 0 een verhouding aanwezig, die in hoofdzaak het omgekeerde is van de relatie bij de motoren volgens fig. 1, 2 en 3, doordat in fig. 1 de totale spleetlengte bij benadering driemaal zo groot is als de totale magneet-20 lengte. Dit veroorzaakt een werkpunt bij een fluxdichtheid, welke ver onder die van het werkpunt van het theoretische maximale energieproduct' is gelegen en in wezen leidt tot een sterke ontmagnetisering van de Alnico magneet 60, zoals boven reeds is vermeld.

Indien een motor, vergelijkbaar met die volgens fig. 4, zou wor-25 den ontworpen met een magnetisch circuit volgens de uitvinding, zou deze in hoofdzaak eenzelfde voorkomen hebben als die volgens fig. 8, waarbij de buisvormige, permanente magnetische rotor 160 aanmerkelijk dikker is dan die volgens fig. waardoor men een grotere, totale magneetlengte 2L:_ verkrijgt. De zinkkern 62 zou aanmerkelijk kleiner zijn, waar-m 30 door een aanmerkelijk kleinere spleetlengte L wordt verkregen, waar- gz bij de spleet 166 tussen de rotor 160 en de statorkern 158 bij benadering dezelfde lengte L heeft als in fig. zodat 2L + 2D bij be- g ε gz nadering gelijk is aan 21·^ in.het magnetische circuit 168. Verder zal een geschikte, uit ferriet of een zeldzame aardecobalt bestaande per--35 Manente magneet· het Alnico materiaal vervangen. Het verdient evenwel de voorkeur, dat de motor volgens de uitvinding in.het geheel niet is voorzien van een zinkkern, zoals de kern 162. In plaats daarvan wordt de 8300681 - 26 - motor meer ontworpen als. de .motor volgens fig.'7, waarbij de gehele spleet van het magnetische circuit in hoofdzaak: met een -wikkeling is gevuld, zodat niets van de spleet verloren gaat, hetgeen-wel het geval is bij de zinkkern.

5 Fig. 9 toont veer een ander type motor volgens de uitvinding. In dit geval roteert een permanent magnetische rotor 170, voorzien van een uit magnetisch staal bestaand buitenhuis 172, vaarop een paar gebogen, permanente magneten 17^· is gemonteerd, om een binnenstator 1j6 met een kernring 168, velke is omsloten door een wikkeling 180. Een van de twee 10 diametraal tegenover elkaar gelegen magnetische circuits van de motor is aangegeven door de stippellijn 182. Het magnetische circuit shunt het centrale gedeelte 183 van de kernring 1J8 en de wikkeling 180 en het is derhalve onnodig, dat dit middengedeelte magnetisch materiaal bevat. De twee magneetlengten van het circuit zijn aangegeven als L en de twee 15 spleetlengten zijn aangegeven met L .. Overeenkomstig de algemene ont- ë

werpformule volgens de uitvinding is 2L bij benadering gelijk aan 2L

Hl § om het gewenste werkpunt in of bij het punt van het theoretische maximale energieproduct te verkrijgen.

Bij alle bovenbeschreven machines, is de wikkeling star gemonteerd 20 op en geïsoleerd van de statorkern en kan deze in een geschikt materiaal, zoals een epoxyhars worden ingebed om de vorm van de wikkeling te behouden en de vereiste mechanische speling tussen de wikkeling en de rotor te onderhouden. Het is duidelijk, dat in elk van deze machines de functie van de rotor en de stator kan worden omgekeerd en dat of de rotor 25 of de stator als het roteerbare element kan werken. Op een soortgelijke wijze kunnen de permanente magneten of op het binnenste of op het buitenste onderdeel worden aangebracht, terwijl hetzelfde geldt ten aanzien van de wikkeling en de kern. Typerende variaties van deze elektrische machines omvatten gelijkstroommotoren met permanente magneet, tachome-30 ters, wisselstroommachines, generatoren en stapmotoren.

83 00 68 1

Claims (23)

1. Werkwijze voor het ."bedrijven van een elektrische machine, waarbij een permanente magneet en een kern in een voorafbepaalde relatie ten opzichte van elkaar worden gemonteerd, een elektrisch geleidende wikkeling in de spleet tussen de magneet en de kern wordt gebracht en een 5 relatieve beweging tussen de magneet en de wikkeling mogelijk wordt gemaakt, waarbij de magneet en de kern van elkaar zijn gescheiden door een spleet met.een voorafbepaalde afmeting, en waarbij de magneet, de kern en de spleet een magnetisch circuit vormen, waarin de magneet bij een voorafbepaalde magnetische fluxdichtheid en een voorafbepaalde mag-10 netische veldsterkte wordt bedreven, en waarbij verder het product van de voorafbepaalde fluxdichtheid en de voorafbepaalde veldsterkte overeenkomt met een energieproduct, waarbij de voorafbepaalde fluxdichtheid en de voorafbepaalde veldsterkte worden bepaald door de afmeting van.de spleet, en de magneet een voorafbepaalde remanente fluxdicht-15 heid en een voorafbepaald maximaal energieproduct heeft, dat optreedt bij een fluxdichtheid, welke lager ligt dan de remanente fluxdichtheid met het kenmerk, dat de afmeting van de spleet zodanig wordt gekozen, dat een overeenkomstige, voorafbepaalde fluxdichtheid en veldsterkte wordt verkregen, die het energieproduct in hoofdzaak maximaal 20 maken, zodat de magneet wordt bedreven in de buurt van'het maximale energieproduct tijdens de relatieve beweging.

2. Werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de magneet, de kern en-de spleet reen magnétisch circuit vormen, waarin een voor afbepaalde magnetische fluxdichtheid en een voorafbepaalde magnetische 25 veldsterkte in de spleet worden geïnduceerd, waarbij de voorafbepaalde fluxdichtheid en de voorafbepaalde veldsterkte in de spleet worden bepaald door de afmeting van de spleet en overeenkomen met een energie-dichtheid in de spleet, waarbij de afmeting van de spleet zodanig wordt gekozen, dat de waarde van de voorafbepaalde fluxdichtheid in de spleet 30 aanmerkelijk kleiner is dan de remanente fluxdichtheid en wel zodanig, dat tijdens de relatieve beweging de energiedichtheid in de spleet in hoofdzaak maximaal is.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk, dat het magnetische circuit is voorzien van een of meer spleten, welke zich opera- 35 tief daarin bevinden, en êên of meer onderling samenwerkende permanente 830 0 68 1 * V - 28 - magneten, die operatief daarin zijn.ondergetracht, waarbij het magnetische circuit een totale spleetlengte heeft, welke-bestaat uit de totale lengte van de spleet of spleten en.de totale magneetlengte, bestaande uit de totale lengte van de magneet of de magneten.

4. Werkwijze volgens conclusie 3 met het-kenmerk, dat de afmeting van de spleet zodanig wordt gekozen, dat de verhouding van de totale spleetlengte tot de totale magneetlengte binnen het gebied van 0,5 tot 2 is gelegen.

5. Werkwijze volgens conclusie 3 met het kenmerk, dat de afmeting 10 van de. spleet zodanig wordt gekozen, dat.de verhouding van de totale spleetlengte tot de totale magneetlengte binnen het gebied van 0,8 tot 1,2 ligt.

6. Werkwijze volgens conclusie 3 met het kenmerk, dat de afmeting van de spleet zodanig wordt gekozen, dat de verhouding van de totale 15 spleetlengte tot de totale magneetlengte in hoofdzaak gelijk is aan de eenheid.

7. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk, dat het magnetische circuit is voorzien van een of meer spleten, welke zich operatief daarin bevinden, en een of meer onderling samenwerkende, perma- 20 nente magneten, welke zich operatief daarin bevinden, waarbij het magnetische circuit een totale spleetlengte heeft, welke is opgebouwd uit de totale lengte van de spleet of spleten en een totale magneetlengte, welke .bestaat uit de totale lengte van de magneet of magneten, waarbij de magneet een ontmagnetiseringskromme heeft, welke is gekenmerkt door 25 een remanente magnetische fluxdichtheid, een intrinsieke magnetische veldsterkte en door een knie, welke zich tussen de remanente fluxdichtheid en de intrinsieke veldsterkte bevindt, waarbij de afmeting van de spleet en de magneet wordt gekozen overeenkomtig de formule L , u ïï | gt _ _o_C£l L , B mt r 30 waarbij == Totale spleetlengte; = Totale magneetlengte; uq “ Permeabiliteit in de vrije ruimte; . - Remanente fluxdichtheid; en'

30 H = Imaginaire,'intrinsieke magnetische veldsterkte, 8300681 - 29 - waarbij verder Ξ wordt bepaald door.het gedeelte van.de ontmagneti-seringskromme, dat tussen de knie en is gelegen, op de magnetische veldsterkte-as van de ontmagnetiseringskromme te projecteren.

8. Werkwijze volgens een der conclusies 3 - 7 met het kenmerk, dat 5 elke spleet, waarvan de lengte in de totale spleetlengte aanwezig is, in hoofdzaak volledig met de wikkeling wordt gevuld.

9· Werkwijze volgens een der conclusies 1 - 8 met het kenmerk, dat de kern wordt vervaardigd uit een magnetisch zacht materiaal met een voorafbepaalde, magnetische verzadigingsfluxdichtheid, welke kleiner is 10 dan de remanente magnetische fluxdichtheid van de permanente magneet, waarbij de afmeting van de spleet zodanig wordt gekozen, dat de magnetische fluxdichtheid van de permanente magneet wordt beperkt tot een fluxdichtheid, welke kleiner is dan de magnetische verzadigingsfluxdichtheid van het magnetisch zachte materiaal.

10. Werkwijze volgens conclusie 9 met het kenmerk, dat het magnetisch zachte materiaal magnetisch zacht ferriet is.

11. Werkwijze volgens conclusie 9 met het kenmerk, dat het magnetisch zachte materiaal amorf metaal is.

12. Werkwijze volgens een der conclusies 1-11 met het kenmerk, dat 20 een onomkeerbare ontmagnetisering van de permanente magneet tijdens de relatieve beweging in hoofdzaak wordt belet.

13. Werkwijze volgens conclusie 12 met het kenmerk, dat de permanente magneet tussen de waarde van de remanente magnetische fluxdichtheid daarvan en de waarde van de intrinsieke magnetische veldsterkte 25 daarvan een verhouding van niet meer dan ongeveer 2 : 1 heeft. 1^. Elektrische machine, voorzien van een permanente magneet met een voorafbepaalde remanente fluxdichtheid, een kern, die van de permanente magneet is gescheiden door een spleet met een voorafbepaaldeafmeting, een elektrisch geleidende wikkeling, die zich in de spleet tussen de 30 permanente magneet en de kern bevindt, en organen om een relatieve beweging tussen de permanente magneet en de wikkeling mogelijk te maken, waarbij de magneet, de kern en.de spleet een magnetisch circuit vormen, waarin de magneet wordt bedreven bij eeh voorafbepaalde, magnetische fluxdichtheid en een voorafbepaalde magnetische veldsterkte, en waar-35 bij verder het product van.de voorafbepaalde fluxdichtheid en de voorafbepaalde veldsterkte overéénkomt .met een energieproduct, waarbij de voorafbepaalde fluxdichtheid en de voorafbepaalde veldsterkte worden be- 8300681 - 30 - paald door de afmeting van.de spleet, en ..de magneet .een-voor afbepaald maximaal energieproduct heeft, dat optreedt bij .een fluxdiehtheid, welke lager ligt dan de remanente fluxdiehtheid, met het-.kenmerk, dat de afmeting van de spleet voldoende is om.een overeenkomstige, voorafbe-5 paalde fluxdiehtheid en veldintensiteit te.verkrijgen, die het energieproduct in hoofdzaak maximaal maken, zodat.de magneet in de buurt van het maximale energieproduct tijdens de relatieve beweging wordt bedreven. 15v Elektrische machine volgens conclusie 1^ met het kenmerk, dat de 10 magneet, de kern en de spleet een magnetisch circuit vormen, waarin een voorafbepaalde magnetische fluxdiehtheid en een voorafbepaalde magnetische veldsterkte in de'spleet worden geïnduceerd, waarbij de voorafbepaalde fluxdiehtheid en de voorafbepaalde veldsterkte in de spleet worden bepaald door de afmeting van de spleet en overeenkomen met een 15 energiedichtheid in de spleet, waarbij 'de afmeting van de spleet zo groot is, dat de waarde van de voorafbepaalde fluxdiehtheid in de spleet aanmerkelijk kleiner is dan de remanente fluxdiehtheid en zodanig, dat tijdens de relatieve beweging de energiedichtheid in de spleet in hoofdzaak maximaal is. 20 16« Elektrische machine volgens conclusie 1^ of 15 met het kenmerk, dat het magnetische circuit is voorzien van een of meer spleten, die zich operatief daarin bevinden, en êén of meer onderling samenwerkende permanente magneten, welke zich operatief daarin bevinden, waarbij het magnetische circuit een totale spleetlengte heeft, welke is opgebouwd 25 uit de totale lengte van de spleet of spleten en een totale magneet-lengte, bestaande uit de totale lengte van de magneet of magneten.

17- Elektrische machine volgens conclusie 16 met het kenmerk, dat de verhouding van de totale spleetlengte tot de totale magneetlengte binnen het gebied van 0,5 tot 2 ligt.

18. Elektrische machine volgens conclusie 16 met het kenmerk, dat de verhouding van de totale spleetlengte tot de totale magneetlengte in het gebied van 0,8 tot 1,2 ligt.

19 Elektrische machine volgens conclusie 16 met het kenmerk, dat de verhouding van de totale spleetlengte tot de totale magneetlengte in 35 hoofdzaak gelijk is aan de.eenheid.

20. Elektrische machine volgens conclusie -lU of 15 met het kenmerk, dat het magnetische circuit.êén of meer spleten heeft, die zich operatief 8300681 A - 31 - daarin "bevinden, en een of meer onderling samenverkende permanente magneten omvat, die operatief daarin zijn ondergebracht, waarbij het magnetische circuit een totale spleetlengte heeft, welke is opgebouwd uit de totale lengte van de spleet of spleten en een totale magneet-5 lengte, bestaande uit de totale lengte van de magneet of magneten, waarbij de magneet - een ontmagnetiseringskromme heeft, welke is gekenmerkt door een remanente magnetische fluxdichtheid, een intrinsieke magnetische veldsterkte, en door een knie, welke zich tussen de rema-nente fluxdichtheid en de intrinsieke veldsterkte bevindt, waarbij de 10 afmeting van de spleet en de magneet worden gekozen overeenkomstig de formule it = uo tHcpl L . B mt r waarbij L = Totale spleetlengte; L £ - Totale magneetlengte; 15 uq = Permeabiliteit in de vrije ruimte; = Remanente fluxdichtheid; en H = Imaginaire intrinsieke magnetische veldsterkte, cp waarbij verder H wordt bepaald door het gedeelte van de ontmagneti-cp seringskromme, dat gelegen is tussen de knie en op de magnetische 20 veldsterkte-as van de ontmagnetiseringskromme te projecteren.

21. Elektrische machine volgens een der conclusies 16-20 met het kenmerk, dat elke spleet, waarvan de lengte aanwezig is in de totale spleetlengte, in hoofdzaak volledig met de wikkeling is gevuld.

22. Elektrische machine volgens een der conclusies 1U - 21 met het 25 kenmerk, dat de kern bestaat uit een magnetisch., zacht materiaal met een voorafbepaalde, magnetische verzadigingsfluxdichtheid, welke kleiner is dan de remanente magnetische fluxdichtheid van de permanente magneet en waarbij de afmeting van de spleet voldoende is om de magnetische fluxdichtheid van de permanente magneet te beperken tot een fluxdichtheid, 30 welke kleiner is dan de magnetische verzadigingsfluxdichtheid van het magnetisch zachte materiaal.

23. Elektrische machine volgens conclusie 22 met het kerimerk, dat het magnetisch zachte materiaal magnetisch zacht ferriet is. 2k. Elektrische machine volgens conclusie 22 met het kenmerk, dat het 83 0 0 68 1 * « - 32 - magnetisch zachte materiaal, amorf metaal is.

25. Elektrische machine volgens .eeh der conclusies -1½ - 2½ gekenmerkt door organen om een onomkeerbare ontmagnetisering van de- permanente . magneet tijdens de relatieve beweging in hoofdzaak te beletten.

26. Elektrische machine.volgens conclusie 25 met het kenmerk, dat' de permanente magneet tussen de waarde van de remanente magnetische flux-dichtheid daarvan en de waarde van de intrinsieke magnetische veldsterkte daarvan een.verhouding heeft, welke niet meerbedraagt dan ongeveer 2:1.. 83 0 0 68 1 __3 3, — · - " VEREENIGDE OCTROOIBUREAUX o.A. Nr. 8300681 Ned. S-GRAVENHAGE (HOLLAND) Beh. bij schrijven d.d. 18-10-1983 Dz/6H Γ- -T t | B. v. d L E* * ιμμμμβ^Η WIJZIGINGENBLAD | 1 8 ÖKT 19ó3 - I ......-1 blz. 1, regel 7 na "gebruikelijke," inlassen "borstelloze blz. 7, regel 21 t/m blz. 8, regel 8 schrappen; blz. 9, regel 36, 37 "de permanente magneetinrichting" wordt "borstelloze permanente magneetinrichtingen"; 5 blz. 14, regel 13, 14 "de inrichting" wordt "van borstelloze inrichtingen"; blz. 24, regel 37 - blz. 25, regel 1 tot "Deze" vervangen door: "een hypothetisch type van een permanent magnetische motor, welke niet volgens de uitvinding vervaardigd is.”; 10 blz. 25, regel 3 schrappen "Alnico"; blz. 25, regel 22 "leidt" wordt "kan leiden"; blz. 25, regel 22, 23 schrappen "van de ...vermeld"; blz. 25, regel 33 "zal" wordt "zou"; blz. 25, regel 35 "het ___ vervangen" wordt "gebruikt kunnen 15 worden". 8300681 545