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Dokumentenidentifikation DE102004001117A1 18.08.2005
Titel Magnetmittel für elektrische Maschinen
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Roos, Gerald, 77815 Bühl, DE;
Buehler, Dirk, 77815 Bühl, DE
DE-Anmeldedatum 07.01.2004
DE-Aktenzeichen 102004001117
Offenlegungstag 18.08.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.08.2005
IPC-Hauptklasse H02K 1/06
Zusammenfassung Es wird ein Magnetmittel (26) für elektrische Maschinen (10) vorgeschlagen. Das Magnetmittel (26) umfasst zumindest ein Magnetringsegment mit einer zumindest teilweisen radialen Magnetisierung. In den Stirnbereichen (38, 40) hat die Magnetisierung auch eine axiale Komponente (34). Dadurch kann der Streufluss bei einer elektrischen Maschine (10) verkleinert und der Nutzfluss vergrößert werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung geht aus von Magnetmitteln für elektrische Maschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, das zumindest die Form eines Magnetringsegments oder eines ganzen Magnetringes hat und zumindest teilweise radial magnetisiert ist. Derartige Magnetmittel werden derzeit vorwiegend bei permanent erregten Gleichstrommotoren eingesetzt, bei denen in der Regel der Magnet in axialer Richtung länger ist als der Rotor. Diese Magnetisierung ist unabhängig von der axialen Position. Sie kann entweder beim Magnetisieren eines isotopen Magneten durch die Magnetisiervorrichtung oder bei anisotropen Magneten durch die Anisotropie hervorgerufen werden. Sie beschreibt somit einen Zustand des Magnetmaterials.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Magnet für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass der Streufluss verkleinert und der Nutzfluss vergrößert werden kann. Durch die Änderung der Magnetisierung des Magnetsegmentes in axialer Richtung wird der magnetische Fluss in einem axial kürzeren Rotor vergrößert. Dies beruht darauf, dass durch die zum Rotor hin gerichtete Magnetisierung an den Magnetüberständen den Feldlinien eine Richtung zum Rotor hin vorgegeben werden und der magnetische Widerstand in der Luft dadurch verkleinert wird. Zudem wird die magnetisch wirksame Magnetlänge in den äußeren Bereichen vergrößert, und somit auch die magnetische Induktion in diesem Bereich.

Dies wird durch ein Magnetmittel für eine elektrische Maschine erreicht, das zumindest ein Magnetringsegment oder Magnetring ist und zumindest teilweise radial magnetisiert ist, wobei die Magnetisierung des Magnetmittels zumindest an einem Stirnbereich des Magnetmittels eine axiale Komponente hat.

Vorzugsweise ist die axiale Komponente der Magnetisierung zum Schwerpunkt des Magnetmittels hin gerichtet, wodurch sich ein besonders geringer Streufluss ergibt.

Hat die Magnetisierung an beiden Stirnbereichen des Magnetmittels die axiale Komponente, eignet sich dies besonders gut für Fälle, in denen der Magnet an beiden Stirnseiten über einen Rotor hinausragt.

Weist das Magnetmittel einen mittleren Bereich auf, der nahezu ohne axialer Komponente gerichtete Magnetisierung hat, so ergibt sich mit dem zentralen Bereich eines Rotors.

Ist das Magnetmittel einstückig, so erleichtert dies die Montage, da nur ein Teil montiert werden muss. Ist das Magnetmittel aus axial zusammengesetzten Bereichen gebildet, so lässt sich leicht ein Baukasten hinsichtlich der Baulänge umsetzen. Da die Bauteile den gleichen Außenradius haben, braucht man nur einen dafür angepassten Greifer, was ebenfalls die Montage erleichtert. Besonders leicht ist die Montage, wenn das Magnetmittel ein einstückiger Magnetring ist.

Die Erfindung eignet sich besonders bei Produkten, bei denen der Magnet länger als der Rotor ist, insbesondere bei den Produkten, bei denen der Magnetüberhang (Magnetlänge minus Rotorlänge) im Bezug auf die Rotorlänge relativ groß ist. Insbesondere bei einer elektrischen Maschine mit derartigen Magnetmitteln ist der Streufluss kleiner und der Nutzfluss größer, wodurch der Wirkungsgrad steigt. Der Effekt wird verstärkt, wenn die radiale Magnetisierung der Magnetmittel auf die Mittelachse der elektrischen Maschine gerichtet ist. Am größten ist der Effekt, wenn das Magnetmittel mit einem Stirnbereich axial über einen Rotor der elektrischen Maschine hinausragt, wobei dieser Stirnbereich zumindest teilweise die Magnetisierung mit der axialen Komponente hat.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Antriebseinheit,

2 einen Längsschnitt durch eine Hälfte einer elektrischen Maschine,

3 eine Stirnansicht eines Magnetringsegments der elektrischen Maschine aus 1 und

4 ein Diagramm.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der 1 ist eine elektrische Maschine 10 gezeigt, die Teil einer Antriebseinheit 12 ist, die bevorzugt Verwendung in einem Kraftfahrzeug findet. Bei der Antriebseinheit 12 kann es sich um einen Fensterheber, einen Schiebdachantrieb, einen Triebstrangsteller, insbesondere Kupplungssteller, oder dergleichen handeln. Symbolisch ist an der elektrischen Maschine 10 ein Getriebe 14 dargestellt.

In der 2 ist in einem Längsschnitt eine Hälfte der elektrischen Maschine 10, bei der es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um einen Kommutatormotor handelt, gezeigt. Die elektrische Maschine 10 umfasst ein beispielsweise topfförmiges Gehäuse 16. Weiterhin weist die Maschine 10 einen stark vereinfacht gezeigten Rotor 18 auf, der in dem Gehäuse 16 drehbar gelagert ist. Der Rotor 18 umfasst eine Welle 20, auf der ein bewickeltes Rotorpaket 22 und ein Kommutator 24 befestigt sind.

Im Gehäuse 16 sind zwei Magnetmittel in Form von Magnetringsegmenten 26 am Innenumfang des Gehäuses 16 diametral gegenüberliegend befestigt, wobei aufgrund der Darstellung nur eines gezeigt ist. Es ist auch möglich am Innenumfang des Gehäuses 16 je nach Bedarf ein, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht usw. Magnetsegmente 26 zu befestigen. Da nur eine Hälfte der Maschine 10 gezeigt ist, ist in der 2 nur eines der beiden Magnetringsegmente 26 dargestellt.

Wie aus der 3 hervorgeht, ist das Magnetringsegment 26 im Querschnitt bogenförmig ausgebildet und schließt einen Winkel kleiner 180°, beispielsweise 120°, ein. Weiterhin wird in der 3 durch Pfeile 28 gezeigt, dass die Magnetisierung auf die Mittelachse 30 der Welle 20 der elektrischen Maschine 10 gerichtet ist. D.h. es handelt sich um eine radiale Magnetisierung. Die Mittelachse 30 fällt zusammen mit dem Mittelpunkt des Außen- bzw. Innenradius des Magnetringsegments 26. Die Magnetisierung kann auch als Magnetisierungsrichtung bezeichnet werden.

Zurückkommend zur 2 ist diese radiale Richtung der Magnetisierung durch einen von der Mittelachse 30 weggerichteten Pfeil 32 dargestellt. Außerdem stellt ein weiterer Pfeil 34 die axiale Richtung der Welle 20 bzw. der elektrischen Maschine 10 dar.

Das Magnetringsegment 26 besteht aus einem mittleren Bereich 36 und zwei sich daran anschließenden Stirnbereichen 38, 40, was durch gestrichelte Linien 41 dargestellt ist. Der mittlere Bereich 36 ist im Wesentlichen so lang wie das Rotorpaket 22, wobei fertigungsbedingte Abweichungen im Bereich von bis zu einigen Millimetern aufgrund der Bewicklung durchaus möglich sind. Mit den Stirnbereichen 38, 40 ragt das Magnetringsegment 26 axial über das Rotorpaket 22 der elektrischen Maschine 10 hinaus. Die gestrichelten Linien 41 sind der Deutlichkeit wegen außerhalb des Rotorpakets 22 gezeichnet, wobei es durchaus möglich ist dass der mittlere Bereich 36 um einiges länger aber auch kürzer als das Rotorpaket 22 sein kann.

Der mittlere Bereich 36 hat im Wesentlichen keine axial gerichtete Magnetisierung bzw. die axiale Komponente der Magnetisierung geht gegen Null. D.h. es ist vorzugsweise nur eine radiale Komponente 32 vorgesehen, was durch Pfeile 42 dargestellt ist, wobei diese Definition bei der vorliegenden Erfindung auch umfasst, dass eine nicht dargestellte, tangentiale Komponente der Magnetisierung vorkommen kann. Die Magnetisierung der Stirnbereiche 38, 40 ist durch Pfeile 44, 46 dargestellt. Die jeweilige Magnetisierung der Stirnbereiche 38, 40 hat neben der radialen Komponente 32 zumindest teilweise auch eine axiale Komponente 34. Die axiale Komponente 34 der Magnetisierung der Stirnbereiche 38, 40 ist jeweils aufeinander zu bzw. zum Schwerpunkt 48 des Magnetringsegments 26 hin gerichtet.

Aus der 4 geht hervor, wie der Winkel 52 zwischen der radialen Richtung 32 und der Richtung der Magnetisierung den Polflussgewinn verdeutlicht. Bis zu einem Winkel 52 von 5° ist nur ein leichter Anstieg auf etwa 0,2% zu erkennen. Von 5° auf 10° steigt der Polflussgewinn auf etwas 2,1% an. Bei 20° wird ein Maximum von ca. 2,5% erreicht.

Danach sinkt der Polflussgewinn, bis bei 40° sogar zu einem Verlust von knapp 1% kommt. Dadurch wird deutlich, dass im Hinblick auf notwendige Fertigungstoleranzen in einem Bereich von ca. 10° bis 25° ein sinnvoller Bereich für eine axiale Neigung der Magnetisierung vorliegt. Fertigungsbedingte Abweichungen von bis zu einigen Grad sind dabei natürlich zu berücksichtigen, insbesondere im Übergang der Bereiche 36, 38, 40.

Die gestrichelten Linien 41 verdeutlichen, dass das Magnetringsegment 26 einstückig ausgebildet aber auch aus getrennten, axial zusammengesetzten Bereichen 36, 38, 40, d.h. aus mehreren Teilen gebildet sein kann. Die einstückige Ausbildung ist jedoch zu bevorzugen, da es zu keinen spalt- oder fugenbedingten Verlusten kommen kann.

Je nachdem wie es die baulichen Bedingungen erfordern, kann am Magnetringsegment 26 auch nur ein axial überstehender Stirnbereich 38, 40 vorgesehen sein.

Als Magnetmittel kann statt eines oder mehrer Magnetringsegmente 26 auch ein einstückiger oder mehrteiliger Magnetring vorgesehen sein, was in der 2 durch gepunktete Linien 50 verdeutlicht wird.

Aus der Darstellung der 2 geht ebenso hervor, dass es sich nicht um einen Innenläufer handeln muss. Ebenso kann die Erfindung an einem Außenläufer vorgesehen sein. Schließlich ist die Erfindung nicht nur auf bürstenbehaftete Kommutatormotoren beschränkt, sondern kann auch an bürstenlosen Motoren Anwendung finden.


Anspruch[de]
  1. Magnetmittel (26) für elektrische Maschinen (10), das zumindest ein Magnetringsegment umfasst, mit einer zumindest teilweisen radialen Magnetisierung, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierung des Magnetmittels (26) zumindest an einem Stirnbereich (38, 40) des Magnetmittels (26) eine axiale Komponente (34) hat.
  2. Magnetmittel (26) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Komponente (34) der Magnetisierung zum Schwerpunkt (48) des Magnetmittels (26) gerichtet ist.
  3. Magnetmittel (26) nach Anspruch 1 oder, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierung an beiden Stirnbereichen (38, 40) des Magnetmittels (26) eine axiale Komponente (34) hat, wobei die axialen Komponenten (34) aufeinander zu gerichtet sind.
  4. Magnetmittel (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetmittel (26) einen mittleren Bereich (36) aufweist, der im Wesentlichen keine axial gerichtete Magnetisierung (32) hat.
  5. Magnetmittel (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetmittel (26) einstückig ist oder aus axial zusammengesetzten Bereichen (36, 38, 40) gebildet ist.
  6. Magnetmittel (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Neigung der Magnetisierung zwischen 10° und 25° liegt.
  7. Elektrische Maschine (10) mit wenigstens einem Magnetmittel (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  8. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Magnetisierung auf die Mittelachse (30) der elektrischen Maschine (10) gerichtet ist.
  9. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Magnetmittel (26) mit wenigstens einem Stirnbereich (38, 40) axial über ein Rotorpaket (22) der elektrischen Maschine (10) hinausragt, wobei dieser wenigstens eine Stirnbereich (38, 40) zumindest teilweise eine Magnetisierung mit einer axialen Komponente (34) hat, die vorzugsweise zum Schwerpunkt des Magnetmittels (26) gerichtet ist.
  10. Antriebseinheit (12), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wie ein Fensterheber, Schiebdachantrieb, Triebstrangsteller, insbesondere Kupplungssteller oder dergleichen mit einer elektrischen Maschine (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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