DE19810529B4

DE19810529B4 - Elektromotor

Info

Publication number: DE19810529B4
Application number: DE19810529.0A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Mayer; Dr. Stemme Otto
Original assignee: Interelectric AG
Current assignee: Maxon Motor AG
Priority date: 1997-07-08
Filing date: 1998-03-11
Publication date: 2014-10-09
Anticipated expiration: 2018-03-12
Also published as: DE19810529A9; DE19810529A1

Abstract

Elektromotor, insbesondere Gleichstromelektromotor in Kleinbauweise, mit einem Rotor und mit einem Stator, wobei der Stator einen Permanentmagneten, der in zumindest einer Magnetisierungsrichtung magnetisiert ist, und mindestens einen innerhalb des Permanentmagneten angeordneten, ferromagnetischen Hülsenkörper umfasst, und wobei der Rotor eine koaxial innerhalb des Hülsenkörpers drehende Rotorwelle umfasst, wobei der Hülsenkörper (3) als Innenrückschluss ausgebildet und der Permanentmagnet auf dem Hülsenkörper angeordnet ist, wobei die Wandstärke des Hülsenkörpers derart bemessen ist, dass bei vorgegebenem Volumen und vorgegebenem Material des Permanentmagneten (2) die im Hülsenkörper (3) erzeugte magnetische Flussdichte unterhalb der Sättigungspolarisation des Hülsenkörpers (3) liegt, wobei die Wandstärke DIR des Hülsenkörpers (3) in der Ebene, die senkrecht zur Magnetisierungsrichtung durch die Längsachse (A) des Hülsenkörpers verläuft, über den größten Teil seiner Länge zumindest im Bereich des Permanentmagneten formelmäßig wie folgt bemessen ist:dabei ist RIR der Abstand der Außenwandung des Hülsenkörpers von der Längsachse, BPM die magnetische Flussdichte im Permanentmagneten, JSIR die Sättigungspolarisation des Hülsenkörpers.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor, insbesondere Gleichstromelektromotor in Kleinbauweise, mit einem Permanentmagneten, der in zumindest einer Magnetisierungsrichtung magnetisiert ist, und mit mindestens einem innerhalb des Permanentmagneten angeordneten, ferromagnetischen Hülsenkörper.
Derartige Motoren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei ist eine Abschirmhülse zur Abschirmung des Magnetfeldes des Permanentmagneten in die Öffnung des ansonsten zylinderförmigen Permanentmagneten koaxial eingesetzt. Innerhalb der Abschirmhülse dreht sich – koaxial zur Abschirmhülse – eine Motorwelle, die üblicherweise aus einem ferromagnetischen Material, beispielsweise Stahl, gefertigt ist.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Elektromotoren kommt es unerklärlicherweise häufig zu einem verfrühten Versagen der Lager und damit zu einer verringerten Lebensdauer.
Aus JP S 57-95 172 A ist ein Elektromotor bekannt, dessen Stator einen Permanentmagneten, der in zumindest einer Magnetisierungsrichtung magnetisiert ist, und einen innerhalb des Permanentmagneten angeordneten, ferromagnetischen Hülsenkörper umfasst. Der Hülsenkörper ist als Innenrückschluss ausgebildet und der Permanentmagnet ist auf dem Hülsenkörper angeordnet. Der Rotor umfasst eine koaxial innerhalb des Hülsenkörpers drehende Rotorwelle.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, einen Elektromotor zu schaffen, der aufgrund von einfachen konstruktiven Maßnahmen eine höhere Lebensdauer aufweist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
Der Erfinder hat nämlich festgestellt, dass trotz der im Stand der Technik verwendeten Abschirmung eine zwar kaum wahrnehmbare Erwärmung der Motorwelle bzw. Lager stattfindet, die aber Einfluss auf die Lebensdauer des Elektromotors hat.
Durch diese Ausgestaltung des Hülsenkörpers als Innenrückschluss bei den erfindungsgemäßen Elektromotoren wird eine Erwärmung der Welle, bei ansonsten im Vergleich zum Stand der Technik unveränderter Leistungsfähigkeit des Motors verhindert. Die aufgetretene minimale Erwärmung hatte einen bislang unerkannten Einfluss auf die Lebensdauer des Elektromotors. Der Hülsenkörper ist dabei zusätzlich auch dadurch als Innenrückschluss bestimmt, dass er im Wesentlichen über den gesamten Längenbereich des Permanentmagneten wirkt.
Als völlig unerwarteter Nebeneffekt ergab sich, dass das aus dem Stand der Technik bekannte Permanentmagnetvolumen zum Teil durch den erfindungsgemäß ausgestalteten Hülsenkörper ersetzt werden kann, ohne dass ein nennenswerter Abfall der Leistungsfähigkeit des Elektromotors zu beobachten ist.
Dies ist in erster Linie darauf zurückzuführen, dass beim Einsetzen des erfindungsgemäß ausgestalteten Hülsenkörpers in den im Volumen reduzierten Permanentmagneten in einem Arbeitsluftspalt, in dem eine stromdurchflossene Spule rotiert und eine Motorwelle antreibt, nahezu die gleiche Flussdichte herrscht wie bei den bekannten Permanentmagneten.
Durch diesen zusätzlichen Vorteil können die Herstellkosten des Elektromotors erheblich gesenkt werden, da teures Material für Permanentmagneten eingespart werden kann.
Die Wandstärke D_IR des Hülsenkörpers in einer Ebene, die senkrecht zur Magnetisierungsrichtung durch eine Längsachse des Hülsenkörpers verläuft, ist über den größten Teil seiner Länge formelmäßig wie folgt bemessen:
Dabei ist R_IR der Abstand der Außenwandung des Hülsenkörpers von der Längsachse, B_PM die magnetische Flussdichte im Permanentmagneten und J_SIR die Sättigungspolarisation des Hülsenkörpers. Bei Hülsenkörpern, die diese erfindungsgemäße Beziehung erfüllen, ist sichergestellt, dass die magnetische Flussdichte im Hülsenkörper kleiner ist als die Sättigungspolarisation des Hülsenkörpers. Die Bestimmung der einzelnen Kenngrößen der obigen Beziehung ist in der Figurenbeschreibung erläutert.
In einer Ausgestaltung kann der Abstand der Außenwandung des Hülsenkörpers von der Längsachse zumindest in der zur Magnetisierungsrichtung senkrechten Ebene durch die Längsachse des Hülsenkörpers wenigstens das 2-fache, bevorzugt wenigstens das 2,5-fache, des Abstands der Innenwandung des Hülsenkörpers von der Längsachse betragen. Ein derart ausgestalteter Hülsenkörper weist ebenfalls keine Sättigung aufgrund des Magnetfeldes des Permanentmagneten auf. Anstelle der zur Magnetisierungsrichtung senkrechten Ebene kann auch eine andere Ebene genommen werden, in der die vom Permanentmagneten im Hülsenkörper hervorgerufene Flußdichte Werte in der Nähe ihres Maximalwerts erreicht.
Vorteilhaft ist es auch, wenn das Verhältnis des Volumens des Hülsenkörpers zu dem Volumen des Permanentmagneten 0,25 bis 2,0, bevorzugt 0,4 bis 1,0, beträgt. Da das Volumen des Hülsenkörpers an Stelle des entsprechenden Volumens des Permanentmagneten tritt, lassen sich in den angegebenen Bereichen optimale Kosteneinsparungen mit unveränderter Leistungsfähigkeit des Elektromotors kombinieren. Motoren, die derart ausgestaltet sind, weisen bei gleicher Leistungsfähigkeit ein stark verringertes Permanentmagnetvolumen auf.
In diesem Zusammenhang kann es auch von Vorteil sein, wenn zumindest in einer senkrecht zur Magnetisierungsrichtung durch die Längsachse des Hülsenkörpers gehenden Ebene der Abstand der Innenwandung des Permanentmagneten von der Längsachse das 0,6-fache bis 0,8-fache des Abstandes der Außenwandung des Permanentmagneten von der Längsachse beträgt. Dieser Bereich hat sich insofern als günstig erwiesen, da derart bemessene Permanentmagneten zusammen mit einem sättigungsfreien Hülsenkörper ebenfalls eine starke Reduzierung des benötigten Permanentmagnetmaterials ermöglichen und so die Kosten senken.
Auch kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen sein, daß zumindest in einer zur Längsachse des Hülsenkörpers senkrechten Ebene die Querschnittsfläche des Hülsenkörpers mindestens das 2,5 fache der Querschnittsfläche der vom Hülsenkörper umschlossenen Fläche beträgt. Diese Bemessungsvorschrift stellt sicher, daß innerhalb des Hülsenkörpers kein Magnetfeld mehr herrscht, das auf die Welle wirken kann. Außerdem ergeben derartige Hülsenkörper aufgrund ihrer Querschnittsfläche besonders stabile Motoren.
Wenn der Hülsenkörper in einer weiteren Ausgestaltung an zumindest einer Endfläche eine umlaufende, in einer Ebene senkrecht zu seiner Längsachse liegende, vorzugsweise konische, Vertiefung aufweist, so kann dadurch der Leistungsfähigkeit des Elektromotors nochmals verbessert werden. Durch einen derartig ausgestalteten Hülsenkörper werden Verluste des Magnetfelds durch Streuung des Magnetfeldes an den Stirnflächen vermieden und die magnetischen Feldlinien nehmen einen für den Betrieb des Motors günstigeren Verlauf ein.
Auch kann der Hülsenkörper in Längsrichtung vorteilhaft einen hülsenförmigen Ansatz mit einem geringeren Außendurchmesser als der Hülsenkörper aufweisen. Ein solcher Ansatz verringert ebenfalls die Streueffekte an der entsprechenden Stirnfläche des Hülsenkörpers und dient gleichzeitig zur Aufnahme weiterer Bauteile des Elektromotors, wie beispielsweise Gehäuseteilen und dergleichen.
Vorteilhaft ist es auch, wenn der Permanentmagnet einen im wesentlichen kreisringförmigen Querschnitt hat und/oder der Hülsenkörper im wesentlichen koaxial zum Permanentmagneten verläuft. Derartige Bauformen haben sich aufgrund ihrer geringen Herstellkosten bewährt und es können vorhandene Fertigungsmöglichkeiten genutzt werden.
Auch kann eine Länge des Hülsenkörpers im wesentlichen einer Länge des Permanentmagneten entsprechen. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß auch an den stirnseitigen Rändern das Magnetfeld des Permanentmagneten durch den Hülsenkörper abgeschirmt wird. Als Länge des Permanentmagneten kann in diesem Zusammenhang auch eine auf magnetische Größen bezogene Länge gemeint sein, beispielsweise eine Länge, über die die Stärke des Magnetfeldes des Permanentmagneten über einen vorgegebenen Wert liegt. Die in Kauf zu nehmenden Verluste bei gegenüber dem Permanentmagneten geometrisch verkürzten oder verlängerten Hülsenkörpern kann der Fachmann über einschlägige Formeln genau berechnen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein zwischen Hülsenkörper und Permanentmagneten liegender Spalt höchstens 1% der Wandstärke des Hülsenkörpers, jeweils gemessen in einer die Längsachse des Hülsenkörpers enthaltenden Ebene, betragen.
Eine derartige Ausgestaltung stellt sicher, daß der Hülsenkörper einen magnetischen Kurzschluß für den Permanentmagneten darstellt. Das heißt, daß das die Flußdichte des Permanentmagneten im wesentlichen verlustfrei im Hülsenkörper entlang der Magnetisierungsrichtung zurück zum Permanentmagneten geleitet wird. In die Öffnung des Hülsenkörpers kann auf diese Weise kein Magnetfluß austreten. Die angegebene Spaltbreite hat sich als besonders günstig erwiesen, eine solche Wirkung zu erzielen, da sich die magnetischen Ladungen an der Innenwandung des Permanentmagneten mit den magnetischen Ladungen an der Außenwand des Hülsenkörpers praktisch auslöschen. So wird das vom Magnetfeld durchflossene Luftvolumen, das sich aus dem Spaltvolumen und dem Volumen des Arbeitsluftspaltes zusammensetzt und mit zunehmender Größe zu Verlusten führt, minimiert.
Dabei kann es genauso vorteilhaft sein, wenn der Spalt höchstens 0,15 mm, bevorzugt höchstens 0,05 mm beträgt. Derartige Spaltbreiten haben sich in der Praxis bewährt, da sie mit einem relativ günstigen Fertigungsaufwand herzustellen sind und trotzdem den magnetischen Kurzschluß zwischen Permanentmagneten und Hülsenkörper sicherstellen.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn der Hülsenkörper als magnetischer Kurzschluß des Permanentmagneten ausgebildet ist, dessen Wandstärke derart bemessen ist, daß ein bohrungsartiger Hohlraum um die Längsachse des Hülsenkörpers im wesentlichen von der vom Permanentmagneten erzeugten Flußdichte abgeschirmt ist. Ein magnetischer Kurzschluß stellt sicher, daß der magnetische Fluß widerstandslos durch den Hülsenkörper fließen kann und nicht durch die Innenwandung des Hülsenkörpers austritt. Dadurch bleibt der bohrungsartige Hohlraum um die Längsachse des Hülsenkörpers magnetfeldfrei.
Vorteilhaft ist es außerdem, wenn der Hülsenkörper als magnetischer Kurzschluß des Permanentmagneten aus einem Material gefertigt ist, dessen relative Permeabilität wenigstens 100 beträgt. Die relative Permeabilität stellt eine Kenngröße des Stoffes dar und kann einschlägigen Tabellen entnommen werden. Eine hohe relative Permeabilität stellt sicher, daß das vom Permanentmagneten in seinem Inneren erzeugte Magnetfeld vollständig vom Hülsenkörper aufgenommen und weitergeleitet wird, und daß keine Streufelder in das Innere des Hülsenkörpers austreten.
Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang weiterhin, wenn der Hülsenkörper als magnetischer Kurzschluß des Permanentmagneten aus einem Material gefertigt ist, dessen relative Permeabilität μ_r wenigstens 800 beträgt. Im allgemeinen ist es für die Wirkung des Hülsenkörpers aus magnetischem Kurzschluß günstiger, wenn die relative Permeabilität μ_r möglichst hoch ist. Ein Wert für μ_r von wenigstens 800 hat sich als sehr günstig für die Wirkung des Hülsenkörpers als magnetischer Kurzschluß erwiesen.
Auch kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Hülsenkörper aus einem weichmagnetischen Material bestehen. Weichmagnetische Materialien sind durch eine Hysteresekurve mit niedrigen Werten für die Koerzitivfeldstärke gekennzeichnet. Derartige Materialien haben sich für den Hülsenkörper als magnetischen Kurzschluß bewährt, da sie das Magnetfeld verlustarm weiterleiten. Der Hülsenkörper kann auch aus einem eisenhaltigen Material bestehen. Eisenhaltige Materialien zeichnen sich durch eine gute Bearbeitbarkeit und günstige mechanische Eigenschaften aus und sind in der Regel weichmagnetisch.
Vorteilhaft kann es auch sein, wenn der Hülsenkörper aus einem Material besteht, das mindestens eine Seltene Erde enthält. Beispielsweise können Seltene Erden in Pulver- oder Kornform in einer Kunststoffmatrix aufgenommen sein und in den Hülsenkörper vergossen werden. Dies ist auch für eisenhaltige Materialien möglich. Seltene Erden haben den Vorteil, daß sie hohe Magnetfeldstärken ohne Sättigung aufnehmen können.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Permanentmagnet aus einem Material bestehen, das mindestens eine Seltene Erde enthält. Seltene Erden zeichnen sich durch einen hohen Gütewert sowie hohe Werte für Koerzitivfeldstärke und Remanenz aus. Dies bedeutet, daß sie nach dem Magnetisieren starke Magnetfelder erzeugen können, die beim Elektromotor zu hoher Leistungsfähigkeit führen.
Dabei kann der Permanentmagnet aus einem Werkstoff mit mindestens einer Seltenen Erde und Kobalt, vorzugsweise Samarium und Kobalt, gefertigt sein. Diese Werkstoffkombination hat sich im industriellen Einsatz bewährt. Auch kann der Permanentmagnet aus einem Werkstoff mit mindestens einer Seltenen Erde und weiteren Stoffen wie Neodym, Eisen und/oder Bor gefertigt sein. Derartige Permanentmagnete sind im industriellen Einsatz weit verbreitet und einfach zu beziehen.
Wenn das Material des Permanentmagneten eine Koerzitivfeldstärke H_cB aufweist, die mindestens 100 kA/m beträgt, ist eine kostengünstige Herstellung mit guter Leistungsfähigkeit des Motors gewährleistet. Ist der Permanentmagnet aus einem Material gefertigt, dessen Koerzitivfeldstärke H_cB mindestens 300 kA/m beträgt, so läßt sich noch mehr Permanentmagnetvolumen einsparen, da das verbleibende Permanentmagnetmaterial stärker magnetisiert werden kann. Da Materialien mit hoher Koerzitivfeldstärke sehr teuer sind, können durch die Materialeinsparung die Kosten gesenkt werden.
Analog ergibt sich bei einer Ausgestaltung, bei der der Permanentmagnet aus einem Material gefertigt ist, dessen Koerzitivfeldstärke H_cB mindestens 600 kA/m beträgt, das größte Einsparungspotential an Permanentmagnetvolumen.
Entsprechend ergibt sich für Permanentmagnete, deren Gütewerte über 50 kJ/m³, über 100 kJ/m³ oder gar über 200 kJ/m³ betragen, mit zunehmendem Gütewert eine höhere Einsparung an Permanentmagnetvolumen und entsprechend größere Hülsenkörper. Mit steigendem Gütewert des Permanentmagnetmaterials, welcher einschlägigen Materialtabellen entnommen werden kann, steigt die vom Permanentmagneten erzeugbare Stärke des Magnetfeldes. Auf diese Weise lassen sich für vorgegebene elektrische Kennwerte des Motors, wie Versorgungsspannung und Stromaufnahme, die Leistungsdaten des Elektromotors maximieren.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, daß der Hülsenkörper im Permanentmagneten eingepreßt ist. Diese Art der Verbindung zwischen Hülsenkörper und Permanentmagneten ist besonders kostengünstig und einfach vorzunehmen.
Auch kann vorgesehen sein, daß der Hülsenkörper im Permanentmagneten eingeklebt ist. Diese Ausgestaltungsvariante setzt geringere Anforderungen an die Oberflächenrauhigkeit. Zur Steigerung der Wirksamkeit des Hülsenkörpers kann ein Material mit hoher relativer Permeabilität in Pulverform mit dem Kleber vermischt sein.
Auch kann der Hülsenkörper im Permanentmagneten eingegossen sein. Dies ergibt eine besonders genaue Verbindung zwischen der Außenwandung des Hülsenkörpers und der Innenwandung des Permanentmagneten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Hülsenkörper mit dem Permanentmagneten formschlüssig verbunden sein. Diese Verbindungsart ist vor allem dann von Vorteil, wenn eine mechanisch besonders belastbare Verbindung zwischen Hülsenkörper und Permanentmagneten gefordert ist.
Der Spalt zwischen Hülsenkörper und Permanentmagneten kann mit einem Kunststoff oder mit einem ferromagnetischen Material aufgefüllt sein. Kunststoffe haben in diesem Zusammenhang den Vorteil, daß sie bereits bei relativ niedrigen Temperaturen schmelzen und den Spalt ausfüllen können, ohne im Permamentmagneten Wärmespannungen hervorzurufen. Das Auffüllen mit ferromagnetischem Material hat demgegenüber den Vorteil, daß das Magnetfeld direkt durch den Spalt übertragen wird.
Um eine leichte Bearbeitbarkeit zu ermöglichen, kann der bohrungsartige Innenraum des Hülsenkörpers mit einer Kunststoffbuchse ausgegossen sein. Durch Angießen von Kunststoffbuchsen oder anderen Gehäuseteilen an den bohrungsartigen Innenraum des Hülsenkörpers lassen sich einzelne Bestandteile des Motors, wie beispielsweise die stirnseitigen Kunststoffflansche, kostengünstig in den Hülsenkörper integrieren.
Auch kann in einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Hülsenkörper mindestens einen Lagersitz zur Aufnahme eines eine Motorwelle abstützenden Lagers umfassen. Auf diese Weise können die Lager des Elektromotors einfach im Hülsenkörper aufgenommen werden. Aufgrund der Wandstärke des Hülsenkörpers können Lagersitze direkt im Hülsenkörper ausgebildet sein und auf kompliziert gestaltete Lagersitze, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, kann weitgehend verzichtet werden. In dieser Ausführung sind zudem die Lager durch den Hülsenkörper vom Magnetfeld des Permanentmagneten abgeschirmt und können sich durch ihre Drehung nicht mehr erwärmen.
In einer weiteren, sehr vorteilhaften Ausgestaltung, kann der Permanentmagnet von einem Außenrückschluß aus ferromagnetischem Material, vorteilhaft einem Eisenwerkstoff, derart umgeben sein, daß zwischen dem Permanentmagneten und dem Außenrückschluß ein Arbeitsluftspalt ausgebildet ist, dessen Dicke in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Hülsenkörpers im wesentlichen gleichbleibend ist, wobei Hülsenkörper, Permanentmagnet und Außenrückschluß ein Elektromotor-Magnetsystem bilden. Der Außenrückschluß ermöglicht im Arbeitsluftspalt eine Flußdichte, die im wesentlichen der Flußdichte im Permanentmagneten entspricht und verringert die Verluste infolge der Streuung des Magnetfeldes. Die Flußdichten im Außenrückschluß, Arbeitsluftspalt, Permamentmagneten und Hülsenkörper beeinflussen sich gegenseitig und bilden daher ein Elektormotor-Magnetsystem.
Die Verluste durch das äußere Streufeld des Permanentmagneten können besonders wirksam verringert werden, wenn im Bereich des Permanentmagneten das Verhältnis des Volumens des Außenrückschlusses zum Volumen des Permanentmagneten 0,2 bis 1,2 beträgt. Dies ist vor allem im Bereich des Permanentmagneten wichtig, wo das Magnetfeld besonders stark ist.
Vorteilhaft ist es des weiteren, wenn eine Wandstärke D_AR des Außenrückschlusses in der Ebene, die senkrecht zur Magnetisierungsrichtung durch die Längsachse des Hülsenkörpers verläuft, formelmäßig zumindest im Bereich des Permanentmagneten wie folgt bemessen ist:
Hierbei ist B_PM die magnetische Flußdichte im Permanentmagneten, J_SAR eine Sättigungspolarisation des Außenrückschlusses und D_PIR eine Wanddicke, die sich aus der Wanddicke D_PM des Permanentmagneten und aus der Wanddicke D_AR des Hülsenkörpers gemäß D_PIR = D_AR + D_PM zusammensetzt. Diese Bemessungsvorschrift für die Wandstärke des Außenrückschlusses stellt sicher, daß der Außenrückschluß nicht magnetisch gesättigt ist. Nur ein magnetisch nicht gesättigter Außenrückschluß kann wirksam Streufelder unterdrücken und den vom Permanentmagneten erzeugten Fluß aufnehmen. Die Flußdichte B_PM im Permanentmagneten entspricht der Flußdichte im Arbeitsluftspalt. Die Flußdichte im Arbeitsluftspalt kann in bekannter Weise durch Hall-Sonden bestimmt werden. Die Sättigungspolarisation J_SAR des Außenrückschlusses ist ein Materialkennwert und einschlägigen Tabellen zu entnehmen.
Der Aufbau des Elektromotors vereinfacht sich erheblich, wenn in einer weiteren Ausgestaltung der Außenrückschluß an einer Kunststoffbuchse befestigt ist, die am bohrungsartigen Hohlraum des Hülsenkörpers angegossen ist. Damit sind Außenrückschluß und Hülsenkörper durch ein einziges Gußteil miteinander verbunden.
Um die Streufelder an den Stirnflächen des Motors zu minimieren und in Richtung des Arbeitsluftspaltes zu drängen, kann der Außenrückschluß an seiner Innenwandung eine umlaufende Nut aufweisen, die im Bereich eines Endes des Permanentmagneten in einer Ebene senkrecht zu einer Längsachse des Außenrückschlusses verläuft. Diese Bündelung des Magnetfeldes an den Enden des Permanentmagneten erhöht die Leistungsfähigkeit des Elektromotors.
Die Bündelung kann dadurch verstärkt werden, daß in einer weiteren möglichen Ausgestaltung die Breite der Nut mindestens gleich der Dicke des Arbeitsluftspaltes ist. Genauso ist es von Vorteil, wenn die Tiefe der Nut mindestens gleich der Dicke des Arbeitsluftspaltes ist. Durch diese beiden Bemessungsvorschriften werden stirnseitige Streufelder vermieden und eine gute Bündelung der Feldlinien im Arbeitsluftspalt sichergestellt.
Anstelle einer umlaufenden Nut kann auch vorgesehen sein, daß die Wandstärke des Außenrückschlusses im Bereich des Permanentmagneten vergrößert ist und der Aussenrückschluß an seiner Innenwandung einen umlaufenden, radialen Absatz aufweist, der im Bereich eines Endes des Permanentmagneten in einer Ebene senkrecht zu einer Längsachse des Außenrückschlusses verläuft. Dabei kann der Absatz in radialer Richtung eine Tiefe aufweisen, die mindestens gleich der Dicke des Arbeitsluftspaltes ist. Im folgenden werden beispielhaft vier erfindungsgemäße Ausführungsformen mit Hilfe von Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichstromelektromotors im Längsschnitt;
2 die Ausführungsform der 1 in einem Querschnitt längs einer Linie II-II der 1;
3 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichstromelektromotors im Längsschnitt;
4 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichstromelektromotors im Längsschnitt;
5 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichstromelektromotors im Längsschnitt.
1 zeigt schematisch die wesentlichen erfindungsgemäßen Bestandteile einer ersten Ausführungsform.
Der Gleichstromelektromotor 1, der in 1 ohne Gehäuseteile und Lager dargestellt ist, ist rotationssymmetrisch und weist einen Permanentmagneten 2 auf, der in einer in 2 durch einen Pfeil dargestellte Richtung magnetisiert ist. Der Permanentmagnet 2 hat einen kreisringförmigen Querschnitt und erstreckt sich in Längsrichtung des Gleichstromelektromotors 1 entlang einer Längsachse (A). Die Länge eines derartigen Motors beträgt beispielsweise ca. 65 mm bei einem Gehäusedurchmesser von 45 mm. Der Außendurchmesser des Permanentmagneten beträgt 35 mm, seine Länge 32 mm.
Im ersten Ausführungsbeispiel besteht der Permanentmagnet aus SECo 170/120, einem Werkstoff, der Samarium und Cobalt enthält und eine Koerzitivfeldstärke H_cB von 640 kA/m sowie einen Gütewert von 170 kJ/m³ aufweist.
Koaxial zum Permanentmagneten 2 ist im Permanentmagneten 2 ein Hülsenkörper 3 angeordnet. Das Volumen des Hülsenkörpers im gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt 42% des Permanentmagnetvolumens. Zusammen besitzen der Permanentmagnet 2 und der Hülsenkörper 3 im wesentlichen dasselbe Volumen wie die aus dem Stand der Technik bekannten Permanentmagneten ohne erfindungsgemäßen Hülsenkörper. Der Hülsenkörper 3 ist aus einem Stück Automatendrehstahl gedreht. Die Koerzitivfeldstärke dieses Stahls betragt 900 A/m, liegt also vorteilhaft unter etwa 1000 A/m. Die relative Permeabilität μ_r des Hülsenkörpers 3 soll möglichst groß sein. Sie hat im Ausführungsbeispiel der 1 und 2 den Wert μ_r = 1000.
Der Hülsenkörper 3 ist in die Bohrung des Permanentmagneten 2 mit einem Acrylkleber eingeklebt. Die Oberflächenrauhigkeiten der Innenwandung des Permanentmagneten 2 und der Außenwandung des Hülsenkörpers 3 sind derart bemessen, daß an keiner Stelle mehr als 0,1 mm Spalt zwischen Hülsenkörper 3 und Permanentmagneten 2 herrscht. Zusätzlich ist darauf zu achten, daß zwischen Hülsenkörper 3 und Permanentmagnet 2 kein Preßsitz herrscht, da das Material des Permanentmagneten 2 sehr spröde ist. Bei einem zu engen Preßsitz des Hülsenkörpers 3 im Pemanentmagneten 2 besteht die Gefahr, daß der Permanentmagnet 2 auseinanderbricht. Durch das Kleben ist der Spalt vollständig mit Klebstoff gefüllt.
Innerhalb des Hülsenkörpers 3 rotiert eine Motorwelle 4, ohne den Hülsenkörper 3 zu berühren. Die Motorwelle 4 ist an mindestens einem Ende im Gleichstromelektromotor 1 auf an sich bekannte Weise gelagert (Lagerung nicht gezeigt).
Der Permanentmagnet 2 der ersten Ausführungsform ist konzentrisch von einem Arbeitsluftspalt 5 von gleichmäßiger Dicke umgeben. Im Arbeitsluftspalt 5 herrscht – von geringen Verlusten abgesehen – die gleiche Flußdichte wie im Permanentmagneten 2. Der Arbeitsluftspalt 5 weist eine Dicke von ca. 3 mm in radialer Richtung auf. Im Arbeitsluftspalt 5 rotiert die Wicklung 6 eines mit der Motorwelle 4 verbundenen Glockenankers. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Arten für die Verbindung des Glockenankers der Welle bekannt.
Die Drehung der Wicklung 6 im Arbeitsluftspalt 5 wird durch die Wechselwirkung zwischen der stromdurchflossenen Wicklung 6 und dem im Arbeitsluftspalt herrschenden Magnetfeld des Permanentmagneten 2 erzeugt.
Der Arbeitsluftspalt 5 wiederum ist von einem Außenrückschluß 7 konzentrisch umgeben. Der Außenrückschluß 7 hat Hülsenform. In ihm herrscht im wesentlichen dieselbe Flußdichte wie im Permanentmagneten 2.
Der Permanentmagnet 2, der Hülsenkörper 3 und der Außenrückschluß 7 weisen dieselbe axiale Länge auf. Die Befestigung der einzelnen, oben beschriebenen Bestandteile am Gehäuse des Motors und deren Zusammenbau ist aus dem Stand der Technik bekannt, so daß auf eine Beschreibung an dieser Stelle verzichtet werden kann.
Die Wandstärke des erfindungsgemäßen Hülsenkörpers 3 ist wesentlich größer als bei aus dem Stand der Technik bekannten Abschirmhülsen und so groß, daß das Material des Hülsenkörpers 3 durch das vom Permanentmagneten 2 erzeugte Magnetfeld nicht gesättigt ist. Dies bedeutet, daß die im Hülsenkörper erzeugte Flußdichte höchstens einer Sättigungspolarisation entspricht. Diese Sättigungspolarisation ist ein Materialkennwert, der in Tabellen nachgeschlagen werden kann. Somit hängt die Wandstärke des Hülsenkörpers von der Stärke des Permanentmagneten und dem Material des Hülsenkörpers ab.
Der Hülsenkörper 3 aus einem Eisenwerkstoff des in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels weist eine Sättigungspolarisation von ca. J_SIR = 1,6 T auf. Zwar weist Eisen im Reinzustand eine Sättigungspolarisation von 2,16 T auf, doch durch Einlagerung anderer Stoffe, beispielsweise von Kohlenstoff oder von anderen Legierungselementen, sinkt dieser Wert in der Praxis. Kostengünstiger Automatendrehstahl weist z. B. eine Sättigungspolarisation von etwa 2,0 T bis 2,1 T auf.
Der Innendurchmesser des Hülsenkörpers beträgt 2r_iR = 6 mm, wobei r_IR der Innenradius des Hülsenkörpers ist.
Der Außendurchmesser des Hülsenkörpers beträgt 2R_IR = 22,2 mm, so daß die Wandstärke des Hülsenkörpers mit 8,1 mm größer ist als R_IR(B_PM/J_SIR) = 6,94 mm für B_PM = 1,0 T. Damit ist der Hülsenkörper magnetisch nicht gesättigt.
Im allgemeinen ist darauf zu achten, daß das Magnetfeld des Permanentmagneten 2 zu seinen axialen Enden hin aufgrund von Rand- und Streueffekten schwächer wird. Als zweckmäßig hat es sich dabei erwiesen, für die Referenzgröße B_PM über die Länge oder das Volumen des Arbeitsluftspalts gemittelte Werte zu nehmen. Ohne Einschränkung für die Wirksamkeit der Erfindung können auch in der axialen Mitte gemessene Werte oder ein lokaler Wert oder der Mittelwert einer zur Längsachse (A) des Permanentmagneten senkrechten Ebene genommen werden.
2 zeigt den schematischen Aufbau der 1 im Querschnitt entlang der Linie II-II, um die Konzentrizität der einzelnen Teile noch einmal zu verdeutlichen. Die Querschnitte von Permanentmagnet 2, Hülsenkörper 3 und Außenrückschluß 5 sind jeweils kreisringförmig.
Der Pfeil 8 zeigt die Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten an. Üblicherweise werden Permanentmagnete durch Anlegen eines starken Magnetfeldes während ihrer Herstellung mit einer sogenannten einachsigen Anisotropie ausgebildet. Dies bedeutet, daß die Permanentmagnete eine durch den Pfeil 8 angedeutete Vorzugsachse aufweisen, die parallel zur Richtung des bei der Herstellung angelegten Magnetfeldes verläuft.
Diese Vorzugsachse stellt eine bevorzugte Lage der magnetischen Polarisation des Permanentmagneten dar. Dies bedeutet, daß das Magnetfeld des Permanentmagneten sich bevorzugt in diese Richtung ausrichtet, beziehungsweise sich der Permanentmagnet mit dem geringsten Energieaufwand in diese Richtung magnetisieren läßt.
Im folgenden wird der Aufbau einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform beispielhaft anhand der 3 erläutert, soweit er sich vom Aufbau der obenbeschriebenen ersten Ausführungsform der 1 und 2 unterscheidet. Für gleiche oder ähnliche Bauelemente werden die gleichen Bezugsziffern verwendet.
In den beiden Ebenen, die von den Stirnflächen des Permanentmagneten 2 gebildet werden und die senkrecht zur Längsachse (A) des Motors verlaufen, sind zwei radiale Absätze 9, 10 im Außenrückschluß 7 ausgebildet.
In 3 ist ein Außenrückschluß 7 gezeigt, der in axialer Richtung über eine Stirnfläche des Permanentmagneten 2 und des Hülsenkörpers 3 hinaus verlängert ist. Im Bereich des Permanentmagneten 2 weist der Außenrückschluß 7 eine größere Wandstärke auf als in dem über diesen Bereich hinaus axial verlängerten Abschnitt.
Außerdem weist die Ausführungsform der 3 eine hülsenförmige Verlängerung 11 des Hülsenkörpers 3 auf, die sich in axialer Richtung über die Stirnfläche des Permanentmagneten hinaus erstreckt. An dieser hülsenförmigen Verlängerung 11 ist ein Flansch 12 angebracht, der den Hülsenkörper 3 mit dem Außenrückschluß 7 verbindet. Dieser in der 3 nur schematisch wiedergegebene Flansch 12 kann als stirnseitige Gehäuseabdeckung, als Lagersitz etc. dienen und ist bevorzugt aus Kunststoffspritzguß hergestellt.
Ohne Einschränkung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß 3 kann auch auf der gegenüberliegenden Seite des Hülsenkörpers 3 eine zweite hülsenförmige Verlängerung ausgebildet sein. Die hülsenförmige Verlängerung 11 steht in keiner Wirkverbindung mit den Absätzen 9, 10, so daß diese beiden Merkmale unabhängig voneinander kombinierbar sind.
Schließlich weist die zweite Ausführungsform gemäß der 3 ein gegenüber der ersten Ausführungsform gemäß der 1 und 2 wesentlich vergrößertes Hülsenkörpervolumen auf. Im Falle der zweiten Ausführungsform beträgt das Volumen des Hülsenkörpers 3 60% des Volumens des Permanentmagneten 2. Hülsenkörper 3 und Außenrückschluß 7 sind Metallspritzgußteile. Der Permanentmagnet 2 besteht aus Neofer 230/120, einem Werkstoff der Neodym, Eisen und Bor enthält und einen Gütewert von 230 kJ/m³ sowie eine Koerzitivfeldstärke H_cB von 780 kA/m aufweist.
Im folgenden wird der Aufbau einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform beispielhaft anhand der 4 erläutert, soweit er sich vom Aufbau der oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen unterscheidet. Für gleiche oder ähnliche Bauelemente werden die gleichen Bezugsziffern verwendet.
4 zeigt einen erfindungsgemäßen Gleichstromelektromotor, bei dem der Permanentmagnet 2b, der Hülsenkörper 3 und der Außenrückschluß 7 durch einen Flansch bzw. Buchse 13 miteinander verbunden sind. Der Flansch 13 besteht vorzugsweise aus einem spritzgegossenen, thermoplastischen Kunststoff mit diamagnetischen Eigenschaften, wie PE, PMMA, PP, ABS und dergleichen. Der Flansch 13 ist an der Stelle des Absatzes 10 mit dem Außenrückschluß 7 verbunden.
Der Flansch 13 ist derart in den Hülsenkörper 3 eingespritzt, daß er die Innenwandung des Hülsenkörpers 3 bedeckt, wobei er zusätzlich Lagersitze zur Aufnahme zweier Wälzlager 14, 15 ausbildet. Zur Aufnahme der Wälzlager 14, 15 weist der Hülsenkörper 3 Aussparungen 16, 17 auf. Diese Aussparungen 16, 17 sind radialsymmetrisch, konzentrisch zur Längsachse (A) des Gleichstromelektromotors 1 und damit auch konzentrisch zum Hülsenkörper 3.
Der Außenrückschluß 7 der dritten Ausführungsform weist an dem dem Flansch 13 gegenüberliegenden Abschnitt eine umlaufende Nut 18 auf. Die Nut 18 verläuft in einer zur Längsachse (A) des Gleichstromelektromotors 1 senkrechten Ebene. Ihre Breite und ihre Tiefe entsprechen der Dicke des Arbeitsluftspaltes 5. Der dem Permanentmagneten 2 zugewandte Absatz der Nut 18 liegt in axialer Richtung auf Höhe der Stirnfläche des Permanentmagneten 2.
Der Permanentmagnet besteht im Ausführungsbeispiel der 4 aus zwei Teilen 2a und 2b mit jeweils konischer Innenbohrung. Der Hülsenkörper 3 weist entsprechend eine doppelt konische Form mit größter Wanddicke in der Mitte auf. Beide Permanentmagnete 2a, 2b sind auf dem Hülsenkörper 3 von beiden Seiten aufgeschoben und verklebt. Die zueinanderweisenden Stirnflächen der Teile 2a, 2b weisen eine geringe Rauhigkeit auf und sind ebenfalls miteinander verklebt.
Anhand der 5 wird im folgenden beispielhaft eine vierte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, soweit sie sich vom Aufbau der oben beschriebenen ersten Ausführungsform der 1 und 2 unterscheidet. Für gleiche oder ähnliche Bauelemente werden die gleichen Bezugsziffern verwendet.
Ein Flansch 19 ist auf eine hülsenförmige Verlängerung 11 des Hülsenkörpers 3 aufgeklebt oder aufgegossen und durch zwei ineinandergreifende Vorsprünge 20 radial umlaufend mit dem Außenrückschluß 7 lösbar verbunden.
Der Außenrückschluß 7 weist an seiner Innenwandung zwei radial umlaufende Nuten 18, 21 auf. Die dem Permanentmagneten 2 zugewandten Absätze der Nuten 18, 21 befinden sich jeweils auf gleicher Höhe wie die entsprechende Stirnfläche des Permanentmagneten 2.
Der Hülsenkörper 3 ist mit zwei konischen, radial umlaufenden Vertiefungen 22, 23 an seinen jeweiligen Stirnflächen ausgebildet. Der Flansch 19 weist dabei eine Form auf, die der Form der Ausnehmung 23 entspricht.
Im folgenden wird die Funktion der Erfindung anhand der gezeigten Ausführungsbeispiele genauer erläutert.
Bei den vier gezeigten Ausführungsbeispielen sind das Volumen und die Wandstärke des Hülsenkörpers 3 wesentlich größer als aus dem Stand der Technik bekannt. Dies ist notwendig, damit die im Hülsenkörper 3 vom Permanentmagneten 2 hervorgerufene Flußdichte unterhalb der Sättigungspolarisation des Hülsenkörpers 3 liegt. Die Wirkungsweise des Hülsenkörpers 3 beruht darauf, den gesamten Fluß des Permanentmagneten 2, der aus der Innenwandung des Permanentmagneten heraustritt, möglichst verlustfrei aufzunehmen und um die Bohrung des Hülsenkörpers 3, in der die Welle verläuft, herum- und wieder dem Permanentmagneten zuzuführen. Aufgrund seiner Wandstärke kann der Hülsenkörper 3 Abschnitte aufweisen, die zur Befestigung von Teilen des Gleichstromelektromotors dienen, beispielsweise Lagersitze und/oder Lagerlaufflächen.
Durch die Verwendung von Werkstoffen mit hohen Gütewerten und Koerzitivfeldstärken kann das Volumen des Hülsenkörpers auf Kosten des Permanentmagnetvolumen stark erhöht werden, ohne daß die im Arbeitsluftspalt 5 herrschende Flußdichte abnimmt.
Das Feld des Permanentmagneten 2 und damit die Flußdichte im Arbeitsluftspalt 5 nehmen in Richtung der Stirnflächen des Permanentmagneten 2 ab.
Da die Wandstärke des Hülsenkörpers 3 von der Stärke des in ihm vom Permanentmagneten 2 erzeugten Magnetfeldes abhängt, kann die Wandstärke des Hülsenkörpers 3 in axialer Richtung von der Mitte des Permanentmagneten 2, in der die maximale Flußdichte herrscht, zu den Stirnflächen des Permanentmagneten 2 hin, in denen die Flußdichte am geringsten ist, abnehmen. Dies ist im Ausführungsbeispiel der 4 gezeigt.
Die Ausführungsformen der 3, 4 und 5 zeigen speziell ausgestaltete Außenrückschlüsse 7, die ebenfalls die Streufelder an den Stirnflächen des Permanentmagneten 2 einschränken. Hierzu sind im Außenrückschluß radial umlaufende Absätze 9, 10 oder radial umlaufende Nuten 18, 21 an der Innenwandung des Außenrückschlusses 7 ausgebildet. Die sprungförmige Verringerung der Wandstärke des Außenrückschlusses 7 an den Enden des Permanentmagneten drängt die Feldlinien des vom Permanentmagneten 2 erzeugten Magnetfeldes an den Stirnseiten in den Arbeitsluftspalt 5 und verstärkt so an den Rändern des Arbeitsluftspaltes 5 das dort herrschende Magnetfeld. Damit wird der Leistungsfähigkeit des Motors erhöht.
Auch am Hülsenkörper 3 treten an den Stirnflächen Feldlinien aus und führen zu Verlusten. Dies kann durch radial umlaufende Einstiche 22, wie sie in der vierten Ausführungsform der 5 gezeigt sind, verhindert bzw. stark eingeschränkt werden. Derartige, vorzugsweise konische Einschnitte 22, 23 halten die Feldlinien im Hülsenkörper 3 und steigern so die Leistungsfähigkeit des Motors.
Besondere Aufmerksamkeit ist der Verbindungsfläche zwischen Permanentmagneten 2 und Hülsenkörper 3 gewidmet. Zu große Spalten zwischen Permanentmagneten 2 und Hülsenkörper 3 wirken ähnlich wie der Arbeitsluftspalt 5 und führen somit zu Verlusten. Daher ist bei der Herstellung der Innenwandung des Permanentmagneten 2 und der der Außenwandung des Hülsenkörpers 3 auf eine gute Oberfächenqualität zu achten, wenn der Spalt zwischen Permanentmagnet 2 und Hülsenkörper 3 mit einem diamagnetischen Material aufgefüllt wird.
Ebenso ist beim Ausführungsbeispiel der 4, das zwei in axialer Richtung zusammengesetzte Permanentmagneten 2a und 2b aufweist, darauf zu achten, daß der Spalt zwischen den beiden Permanentmagneten 2a und 2b möglichst gering ist.
Es ist auch möglich, die Spalte mit einem Material aufzufüllen, das das Material der sie umgebenden Permanentmagneten bzw. Hülsenkörper in einer Kunststoffmatrix enthält.
Die einzelnen Merkmale der Ausführungsbeispiele sind untereinander beliebig kombinierbar. Beispielsweise können anstelle zweier Permanentmagneten 2a und 2b und dem doppelt konischen Hülsenkörper auch ein einziger Permanentmagnet 2 mit einem einfach konischen Hülsenkörper 3 ausgebildet sein. Anstelle des Absatzes 10 der 4 kann eine Nut 21 oder eine hülsenförmige Verlängerung 11 angebracht sein.

Claims

Elektromotor, insbesondere Gleichstromelektromotor in Kleinbauweise, mit einem Rotor und mit einem Stator, wobei der Stator einen Permanentmagneten, der in zumindest einer Magnetisierungsrichtung magnetisiert ist, und mindestens einen innerhalb des Permanentmagneten angeordneten, ferromagnetischen Hülsenkörper umfasst, und wobei der Rotor eine koaxial innerhalb des Hülsenkörpers drehende Rotorwelle umfasst, wobei der Hülsenkörper (3) als Innenrückschluss ausgebildet und der Permanentmagnet auf dem Hülsenkörper angeordnet ist, wobei die Wandstärke des Hülsenkörpers derart bemessen ist, dass bei vorgegebenem Volumen und vorgegebenem Material des Permanentmagneten (2) die im Hülsenkörper (3) erzeugte magnetische Flussdichte unterhalb der Sättigungspolarisation des Hülsenkörpers (3) liegt, wobei die Wandstärke D_IR des Hülsenkörpers (3) in der Ebene, die senkrecht zur Magnetisierungsrichtung durch die Längsachse (A) des Hülsenkörpers verläuft, über den größten Teil seiner Länge zumindest im Bereich des Permanentmagneten formelmäßig wie folgt bemessen ist:
dabei ist R_IR der Abstand der Außenwandung des Hülsenkörpers von der Längsachse, B_PM die magnetische Flussdichte im Permanentmagneten, J_SIR die Sättigungspolarisation des Hülsenkörpers.
Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in der zur Magnetisierungsrichtung (8) senkrechten Ebene durch die Längsachse (A) des Hülsenkörpers (3) der Abstand der Außenwandung des Hülsenkörpers (3) von der Längsachse (A) wenigstens das 2-fache, bevorzugt wenigstens das 2,5-fache, des Abstands der Innenwandung des Hülsenkörpers (3) von der Längsachse (A) beträgt.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Volumens des Hülsenkörpers (3) zu dem Volumen des Permanentmagneten (2) 0,25 bis 2,0, bevorzugt 0,4 bis 1,0, beträgt.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einer senkrecht zur Magnetisierungsrichtung (8) durch die Längsachse (A) des Hülsenkörpers (3) gehenden Ebene der Abstand der Innenwandung des Permanentmagneten (2) von der Längsachse (A) das 0,6-fache bis 0,8-fache des Abstandes der Außenwandung des Permanentmagneten von der Längsachse (A) beträgt.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einer zur Längsachse (A) des Hülsenkörpers (3) senkrechten Ebene die Querschnittsfläche des Hülsenkörpers (3) mindestens das 2,5-fache der Querschnittsfläche der vom Hülsenkörper (3) umschlossenen Fläche beträgt.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (3) an zumindest einer Endfläche eine umlaufende, in einer Ebene senkrecht zu seiner Längsachse (A) liegende, vorzugsweise konische, Vertiefung (22, 23) aufweist.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (3) in Längsrichtung einen hülsenförmigen Ansatz (11) aufweist, dessen Außendurchmesser geringer ist als der Außendurchmesser des Hülsenkörpers (3).
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (2) einen im Wesentlichen kreisringförmigen Querschnitt hat.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (3) im Wesentlichen koaxial zum Permanentmagneten (2) verläuft.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge des Hülsenkörpers (3) zumindest im Wesentlichen einer Länge des Permanentmagneten (2) entspricht.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (3) als magnetischer Kurzschluss des Permanentmagneten (2) ausgebildet ist, dessen Wandstärke derart bemessen ist, dass ein bohrungsartiger Hohlraum um die Längsachse (A) des Hülsenkörpers im wesentlichen von der vom Permanentmagneten (2) erzeugten Flussdichte abgeschirmt ist.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen Hülsenkörper (3) und Permanentmagnet (2) liegender Spalt höchstens 1% der Wandstärke des Hülsenkörpers (3), jeweils gemessen in einer die Längsachse (A) des Hülsenkörpers (3) enthaltenden Ebene, beträgt.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt zwischen Hülsenkörper (3) und Permanentmagnet (2) höchstens 0,15 mm, bevorzugt höchstens 0,05 mm, beträgt.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (3) als magnetischer Kurzschluss des Permanentmagneten (2) aus einem Material gefertigt ist, dessen relative Permeabilität μ_r wenigstens 100 beträgt.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (3) als magnetischer Kurzschluss des Permanentmagneten (2) aus einem Material gefertigt ist, dessen relative Permeabilität μ_r wenigstens 800 beträgt.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (3) aus einem weichmagnetischen Material besteht.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (3) aus einem eisenhaltigen Material besteht.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (3) aus einem Material besteht, das mindestens eine Seltene Erde enthält.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (2) aus einem Material besteht, das mindestens eine Seltene Erde enthält.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (2) aus einem Werkstoff mit mindestens einer Seltenen Erde und Cobalt, vorzugsweise Samarium und Cobalt, gefertigt ist.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (2) aus einem Werkstoff mit mindestens einer Seltenen Erde und weiteren Stoffen wie Neodym, Eisen und/oder Bor gefertigt ist.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (2) aus einem Material gefertigt ist, dessen Koerzitivfeldstärke H_cB mindestens 100 kA/m beträgt.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (2) aus einem Material gefertigt ist, dessen Koerzitivfeldstärke H_cB mindestens 300 kA/m beträgt.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (2) aus einem Material gefertigt ist, dessen Koerzitivfeldstärke H_cB mindestens 600 kA/m beträgt.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (2) aus einem Material gefertigt ist, dessen Gütewert mindestens 50 kJ/m³ beträgt.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (2) aus einem Material gefertigt ist, dessen Gütewert mindestens 100 kJ/m³ beträgt.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (2) aus einem Material gefertigt ist, dessen Gütewert mindestens 200 kJ/m³ beträgt.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (3) im Permanentmagneten (2) eingepresst ist.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (3) im Permanentmagneten (2) eingeklebt ist.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (3) im Permanentmagneten (2) eingegossen ist.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (3) mit dem Permanentmagneten (2) formschlüssig verbunden ist.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt zwischen Hülsenkörper (3) und Permanentmagneten (2) mit einem Kunststoff aufgefüllt ist.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt zwischen Hülsenkörper (3) und Permanentmagneten (2) mit einem ferromagnetischen Material aufgefüllt ist.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bohrungsartige Innenraum des Hülsenkörpers (3) mit einer Kunststoffbuchse (13) ausgegossen ist.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper mindestens einen Lagersitz zur Aufnahme eines eine Motorwelle abstützenden Lagers umfasst.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (2) von einem Außenrückschluss (7) aus ferromagnetischem Material derart umgeben ist, dass zwischen dem Permanentmagneten (2) und dem Außenrückschluss (7) ein Arbeitsluftspalt (5) ausgebildet ist, dessen Dicke in einer Ebene senkrecht zur Längsachse (A) des Hülsenkörpers (3) im wesentlichen gleichbleibend ist, wobei Hülsenkörper (3), Permanentmagnet (2) und Außenrückschluss (7) ein Elektromotor-Magnetsystem bilden.
Elektromotor nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Permanentmagneten (2) das Verhältnis des Volumens des Außenrückschlusses (7) zum Volumen des Permanentmagneten (2) 0,2 bis 1,2 beträgt.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke D_AR des Außenrückschlusses (7) in einer Ebene, die senkrecht zur Magnetisierungsrichtung (8) durch die Längsachse (A) des Hülsenkörpers (3) verläuft, zumindest im Bereich des Permanentmagneten (2) formelmäßig wie folgt bemessen ist:
dabei ist B_PM die magnetische Flussdichte im Permanentmagneten (2), J_SAR die Sättigungspolarisation des Außenrückschlusses (7) und D_PIR eine Wanddicke, die sich aus der Wanddicke D_PM des Permanentmagneten (2) und aus der Wanddicke D_IR des Hülsenkörpers (3) gemäß D_PIR = D_IR + D_PM zusammensetzt.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenrückschluss (7) an einer Kunststoffbuchse (13) befestigt ist, die am bohrungsartigen Hohlraum des Hülsenkörpers (3) angegossen ist.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche 36 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenrückschluss (7) an seiner Innenwandung eine umlaufende Nut (18, 21) aufweist, die im Bereich eines Endes des Permanentmagneten (2) in einer Ebene senkrecht zu einer Längsachse (A) des Außenrückschlusses (7) verläuft.
Elektromotor nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Nut (18, 21) mindestens gleich der Dicke des Arbeitsluftspaltes (5) ist.
Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche 40 oder 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Nut (18, 21) mindestens gleich der Dicke des Arbeitsluftspaltes (5) ist.