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Gleichstrommaschine mit Dauermagneterregung der Hauptpole
Es
sind Gleichstrommaschinen mit dauermagneterregten Hauptpolen bekannt, die für größere,Leistungen
hochwertige Dauermagnetlegierungen (Alnico-Legierungen) besitzen, wogegen bei kleinen
und kleinsten Gleichstrommaschinen vorzugsweise-die billigen und dauerhaften Keramikmagnete
in Ring- oder Schalenform Verwendung finden. Die fair die Maschinen mit höherer
leistäng verwendeten teueren Magnetlegierungen sind schlechter bearbeitbar und gegen
mechanische Einflüsse sehr empfindlich,-so daß sie nur mit besonderen Vorsichtsmaßnahmen
in die Maschine ein=- und ausgebaut werden können* Die für die kleineren Maschinenbenützten
Keramikmagnete
werden auf besonders einfache Weise im Sinterverfahren in Ring- oder Schalenform
hergestellt. Jedochsind solche gesinterte-Keramikmagnete einer nachträglichen Bearbeitung,
wie sie zur Erzielung genauer Luftspalte oder gut passender Sitze mit den übrigen
Teilen der :Maschine notwendig sind, nur schwer zu unterziehen, so daß die für die
Herstellung der Keramikmagnete mögliche Kostenersparnis unter Umständen durch den
Kostenaufwand für die nachträgliche Bearbeitung mehr als aufgewogen wird. Darüberhinaus
ist es mit solchen Keramikmagneten nicht möglich, infolge der Ring- oder Schalenform
über einen verhältnismäßig kleinen Induktionswert hinauszukommen, obwohl bei plattenförmigen
Dauermagneten aus den gleichen Grundstoffen, d.h. also plattenförmigen Keramikmagneten,
höhere Induktionen erzielbar sind. Darüberhinaus ist es bei den ring- oder schalenförmigen
Dauermagneten aus Keramik nicht mit normalen Mitteln möglich, diese optimal zu magnetisieren.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der genannten
Art zu vermeiden und eine Gleichstrommaschine mit Dauermagneterregung der Hauptpole
zu schaffen, die billig in der Herstellung, einfach und widerstandsfähig im Zusammenbau
sowie%maßhaltig vor allem in Bezug auf die Luftspalte ist und die hohe Induktionswerte
des Magnetfeldes bei optimaler Magnetisierbarkeit ergibt.
Die Lösung
nach der Erfindung zur-Schaffung billiger, dauenhaften und gebrauchstüchtiger Gleichstrommaschinen
besteht nach der Erfindung darin, daß in die aus weichmagnetischem Werkstoff bestehenden
Hauptpole quer zur Längsachse der Maschine und zu den Hauptpolluftspalten gepolte
quaderförmige Dauermagnete eingefügt sind. Beim Gegenstand der Erfindung ist es
möglich, solche quaderfärmge Dauermagnete zu-verwenden, die einer Nachbehandlung
nach dem Pressen nicht bedürfen und beispielsweise ohne nachträgliches Schleifen
passend in nie Hauptpole einfügbar sind. Die Gleichstrommaschine nach der Erfindung
ist bei Verwendung solcher quaderförmiger Dauermagnete auch bei Verwendung von Keramikmagneten
aus den genannten Grüncaerj . auch für größere Leistungen anwendbar, wobei diese
Leistungen denen apulenerregter Maschinen gleichkommen bzw. sogar darüberliegen
können. Dies beruht darauf, daß Luf tspaltinduktionen möglich sind, die denen spulenerreg-ter
Maschinen zumindest entsprechen.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Gegenstandes
der Erfindung in vereinfachter Weise dargestellt und nachfolgend näher erläutert
In fig. 1 bis 2 ist eine Maschine in Quer- und Längsschnitt gezeigt, Fig. 3 zeigt
eine Draufsicht auf ein Lagerschild dieser . Maschine.
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Fig. 4 stellt eine andere Ausführungsform einer Maschine
im
Querschnitt dar, _Fig. 5a und 5b zeigen zwei Ausführungsbeispiele von aus Stanzblechpaketen
gebildeten Kleinmotoren und Fig. 6 und 7 eine. aus Steck- und Schraubteilen zusammengefügte
Maschine nach der Erfindung.
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Bei der Maschine nach den Figuren l bis 3 handelt es sich um eine
vierpolige Maschine mit vier weichmagnetischen Polmittelstücken 1, die mit ihren
Stirnenden in Randausnehmungen 7 der beiden Lagerschilde passend eingefügt sind.
Die Polmittelstücke sind mit Polschuhen 5 üblicher Art versehen, zwischen denen
und dem Anker die Hauptluftspalte liegen. Die Polmittelstücke 1 dienen gleichzeitig
zur Distanzierung der Lagerschilde in axialer Richtung, wodurch eine Art Gerüst
geschaffen ist, an dem die übrigen Teile der Maschine gehalten werden. An den beiden
Längsseiten jedes Polmittelstückes 1 sind quaderftirmige Dauermagnetplatten 2 angeordnet,
die beide einander entgegengerichtete Polrichtung haben und deren, dem Polmittelstück
abgewandte Längsseiten mit weichmagnetischen Zeitstücken 3 bedeckt sind. Die vormagnetisierten
Dauermagnetplatten 2, beispielsweise aus Bariumferriten oder Strontiumferriten haften
magnetisch von selbst an den Seitenflächen der Polmittelstücke an, wodurch-die Montage
einer solchen Maschine sehr erleichtert wird. Dasselbe gilt auch für das Halten
der keilförmigen Leitstücke 3 an den Dauermagnetplatten 2. Der magnetische Kreis
wird durch weichmagnetische Rückschlußteile 4 vervollständigt,
die
die Zeitstücke benachbarter Hauptpole magnetisch und mechanisch verbinden. Die genannten
Teile im Ständer können durch nicht dargestellte durchgehende-Bolzenschrauben (bei
größeren Maschinen) oder durch Kleben (bei kleineren Maschinen) fest zusammengefügt
sein. Die Dauermagnetplatten können ebenfalls mit Durchführungen für die Bolzenschrauben-versehen
werden, wobei diese Durchführungen-bereits bei der Fertigung der Dauermagnetplatten
mit eingepreßt werden können: Die Polschuhe 5 können an die Polmittelstücke 1 entsprechend
der Läuferlänge angeschraubt oder geschweißt werden und aus massiven, gebleehten
oder gesinterten Körpern bestehen. Der magnetische Fluß läßt sich in radialer und
axialer Richtung durch entsprechende Bemessung der genannten Teile -in radialer
Richtung sowie der Zeitstücke in radialer und axialer Richtung in beliebiger Weise
variieren, wodurch es gelingt, Luftspaltinduktionen im Bereich von beispielsweise
6000 bis 10000 Gauß und mehr einzustellen.
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Auch kann beim Gegenstand der Erfindung nachträglich eine Korrektur
der einschlägigen Maschinendaten dadurch erreicht werden, daß beispielsweise zur
Abgleichung von Spannung oder Drehzahl Streubleche über deh-Polen angebracht oder
Dauermagnetmaterial zugefügt wird. Wie in Fig. 1 mit Pfeilen für den oberen und
rechten Hauptpol dargestellt, tritt der von der guaderförmigen Dauermagneten 2 erzeugte
Fluß in das Polmittelstück 1 in einander entgegengesetzter Richtung ein oder aus
und
verläuft im Polmittelstück parallel. Aufgrund nieser Anordnung ergibt es sich, daß
der volle Induktionswert nur an , der Eintrittsfläche 6_im Polschuh den vollen Wert
einnimmt. Dagegen ist die Felddichte am äußeren Teil des Polmittelstückes 1 Null
und nimmt linear bis zum genannten xJaxiuialv--#rL an der Eintrittsfläche im Polschuh
zu. Auf niese Weise bleibt der magnetische-Spannungsabfall im Schaft des Pols klein.
Darüberhinaus ist durch.den gedrängten Aufbau der Anordnung nach der Erfindung nur
eine geringe Streuung vorhanden,und die Ri;cz'--. wirkung ist durch die schlechten
Zeitwerte für die Anker uurchflutung ebenfalls sehr klein. Um einen Paralleltlul
nes #I:agnetflusses über die Lagerschilde zu vermeinen, müssen niese entweder aus
unmagnetischem Material gebilaet sein, beispielsweise aus Aluminium oder auch aus
Hartpapier iär=Eleinstinaschinen, oder es muß dafür gesorgt werden, saß in den Randausnehmungen
7 zwischen dem Material des Lagersct:ildes und den Polmittelstücken 1 unmagnetische
Stoffe S als Futter vorgeserien sind; beispielsweise kann ein solches Futter aus
Messing bestehen.
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Die Maschine nach der Erfindung kann in üblicher Weise mit Wendepolen
versehen sein, wie dies für die beiden unteren Wendepole 9 in Fig. 1 gezeigt ist.
Es kann auch eine anaere Anordnung der Wendepolkreise vorgesehen sein, bei denen
der Wendepolkreis unabhängig vom Hauptpolkreis aufgebaut ist. In
Fig.
la ist dies schematisch angedeutet. Für diesen Fall sind, wie im oberen Teil der
Fig. 1 gezeigt, die Wendepole an den RückschluBteilen 4 durch ummagnetische Zwischenlagen
10 aus Messing od.dgl. mittels ummagnetischer Befestigungsmittel gehalten. Ein gesondertes
Wendepoljoch 10a besitzt eine daran außerhalb der eigentlichen Wendepolkerne angebrachte
Wendepolwicklung 10b. Bei einer solchen Ausbildung des Wendepolkreises kann eine
Überlagerung von Haupt- und Wenaepolfluh sicher vermieden werden.. Da das Material
für die Dauermagnete ein spezifisch geringeres Gewicht hat als das sonst für die
Wicklungen-benötigte Kupfer, ist eine Gewichtsverminderung für die-Maschine in merklichem
Umfange erreichbar, wobei die Gewichtsersparnis mindestens ein Drittel bis fast
die Hälfte bei üblichen Faschinen beträgt. Außerdem wird durch den Fortfall der
Wicklungen sowohl der Aufwand für deren Herstellung als auch der Aufwand für das
Zusammenschalten der Wicklungen in Fortfall kommen, so daß eine wesentliche Verbilligung
der Maschine nach der Erfindung erreichbar ist. Begünstigt wird die Herstellung
von solchen Maschinen. noch dadurch, daß die Dauermagnete ohne Mehrkosten bereits
im magnetisierten Zustand vom Hersteller bezogen und auch im magnetisierten Zustand
eingebaut werden können.
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.In Fig. 4 ist schematisch eine im Ständer in üblicher Weise aufgebaute
elektrische Maschine mit einem Ständerjoch 11 unu einem weichmagnetischen Hauptpolkörper
12a für eine zwei-
| polige Maschine gezeigt. Jeder dieser Hauptpolkörper 12a, der |
| an den Anker zugewandten Flächenteilen als Polschuh wirkt, |
| enthält in entsprechenden Ausnehmungen eine Anaahl von Dauer- |
| magnetplatten 12, die magnetisch parallel Birken, 'wozu zwi- |
| schen den Dauermagnetplatten Luftspalte 13 als magnetische |
| Wideretände-im Hauptpolkörper ingeordnet sind. Der Flußverlaul |
| ist durch die mit Pfeilen versehenen Linien angeaeutet. Es
wird |
| also hier der sonst für die Unterbringung der Erregerspule
be- |
| nötigte Raum für die Unterbringung der Dauermagnetplatten be- |
| nutzt..Auch hier bleibt trotz relativ großer-Streuung ein |
| hoher Nut$fluß wirksam. ldan kann in die seitlichen Streuspalte |
| auch zusätzliche Magnetplatten einbauen, wodurch sich eine
er- |
| iebliche Steigerung den Flusses erzielen läßt. |
| Selbstverständlich beschränkt eich die Ausbildung solcher Ma- |
| schinen nach der Erfindung nicht auf zweipolige Systeme.
Aus |
| diesem AuefUh- ...d-'-eiapiel wird ersichtlich, da3
lediglich |
| durch Ersatz der Hauptpolanordnung mit Erregerwicklung
durch |
| eine Hauptpolanordnung der gezeigten Art eine elektrisch
er- |
| regte atechine in eine dauerbagneterregte Maschine vor- |
| wandelt werden kann, wobei ,die dauermagneterregte Maschine |
| nat'i dar Erfindung bei gleichem Nuttfluß infolge
des Fortfalls |
| von Kupterverlueten eint größere Leistung als
eine elektrisch |
| erregte Maschine gleicher Große abgeben kann. |
| In den@figuren 5a und 5b sind zwei im mechanischen Aufbau
unter- |
schiedliche, in der-Wirkungsweise und im Prinzip aber gleiche
Querschnitte durch die den magnetischen Fluß führende Ständer- -teile elektrischer
Kleinstmotoren gezeigt. Der Magnetkreis wird durch aus gestanzten Blechen durch
Nieten od. dgl. zusammengehaltene Pakete geleitet, wobei in Fig. 5a das eine Paket
aus dem Polmittelstück 1 und den daran angeordneten Polschuhen 5 und das andere
Paket aus den Zeitstücken 3, den Rückschlußteilen 4 und dem Gegenpol mit Palschuh
besteht. In die verbleibenden Zwischenräume 14 zwischen beiden Paketen sind die
nicht dargestellten quaderförmigen Dauermagnete eingefügt zu denken. Im Falle der
Ausbildung nach Fig.5b ist der gesamte flußführende Teil der Maschine aus einem
einzigen Stahzblechpaket gebildet. Zum Zusammenhalten der einzelnen Bleche dienen
die Nietcffnunger 15 und im Falle der Fig. 5b auch noch außenseitige Paketierungsnuten
16. Da die gestanzten Teile, d.h. die Stanzbleche sehr genau und maßhaltig-hergestellt
werden-können, ist eine mechanisehe Nacharbeit des Luftspaltes des gesamten Paketes
entbehr- . !ich, was bei Klein- und Kleinstmotoren beispielsweise vor. großer wirtschaftlicher
Bedeutung ist. Durch die Abmessung der Dauermagnete und der Blechpakete in axialer
Richtung kann eine Beeinflussung des Flusses auf einfache WA'.se erreicht werden.
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Durch Schwächen oder Öffnen des Streu- und Haltesteges 17 auf aer
Außenseite des Blechpaketes kann ein leichter Abgleich erreicht werden, d.h. es
kann der Fluß verstärkt werden und damit auch das Moment der Maschine.
Es
ist auch möglich, nurch Anbringen axialer EisenleitstUcke@ an das Blechpaket und
Zufügen von Magneten den Fluß zu erhöhen und damit bei einem bestimmten Moment eine
Verringerung des notwendigen Stromes zu erzielen.
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In Fig. 6 und 7 ist ein. weiteres Ausführungsbeispiel einer Gleicnstrommaschine
nach der Erfindung schematisch dargestellt. Fi-. 6 zeigt dabei einen Längsschnitt
und die Fig. 7 eine perspektivische Darstellung der voneinander entfernten einzelnen
`feile. Hierbei ist das gesamte Polsystem an den Polschuh 18 angenietet.
:Dieser Polschuh ist aus weichmagnetischen; 'v:aterial gebildet und besitzt Nietöffnungen
19. An die ebenen, einander 90o einschließenden Außenflächen sind quaderföraait-,e
Dauermagnetplatten 24 angelegt, die ebenfalls Nietöffnungen aufwelsen.
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Die Außenseiten der Dauermagnetplatten 24 sind uurcr RUcxscrlußteile
25 abgedeckt, die ebenfalls hietöfznungen besitzen. Die besagten Teile werden durch
Nieten 26 mit aez:: Polschuh zu einer Einheit zusammengenietet. Die roL'acigu@:e
i:, siri,i mit stirnseitigen Steckzapfen 20 versehen, welche -in die entsprechendenStecköffnungen
27 der Lagerschilag, 23 eingeiünt sind. Diese Lagerschilde sind gestanzt und daher
ma%na.ltid, so daß eine Nachbearbeitung des Luftspaltes zwischen :2oi-crauh und
Anker entbehrlich ist. Außerdem enthalten die Steckzapfen 20 noch Bürstenhslteröffnungen
21. Jeder Polschuh kann einteilig oder gemäß Fig. 7a aus zwei Teilen bestehen uno.
zur , Unterdrückung der Ankerrückwirkun,6* magnetische Engpässe aufweisen.
Anstelle
einer Vernietung der Rückschlufteile, Daueruiagnetplatten und Polschuhe kann ein
Zusammenfügen dieser Teile durch-Kleben mit .Klebern auf Neopren-Bäsis erreicht
Werder. Durch die freie Auflage der Dauermagnetplatten und Rückschlut.'.-teile können
durch Verschieben der genannten Teile gegeneinander auf dem gestanzten Lagerschild
bei erhaltenem genauen Luftspalt sämtliche Toleranzen, die notwendigerweise bei
ungeschliffenen Teilen auftreten, aufgefangen werden. Die Magnetflüsse können durch
Aufmagnetisieren oder Entmagnetisieren mittels Stromstößen'abgeglichen werden, oder
es ist ein Abgleicr aurch da's Anbrin-en von Kurzschlußbrücken zwischen den benachbarten
Polschuhen oder gegebenenfalls auch am Lagerschild möglich. Die Polschuhe mit ihren
Steckzapfen sinn mechanisch stabil, so daß Kleinmotoren mit verhältnismäßig großer
Leistung im Bereich einiger 100 Matt möglich sind.
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Die Gleichstrom-Kleinmaschinen nach der Erfindung eignen sich besondere
gut für eine vollautomatische Fertigung der einzelnen Teile und eine vollautomatische
Zusammenfügung dieser Teile zu fertigen Maschinen.