DE2602650A1

DE2602650A1 - Anisotroper magnet, insbesondere segmentmagnet

Info

Publication number: DE2602650A1
Application number: DE19762602650
Authority: DE
Inventors: Adolph Dipl Ing Dr Mohr
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-01-24
Filing date: 1976-01-24
Publication date: 1977-07-28
Also published as: DE2602650C2; FR2360971B2; GB1564847A; US4112320A; FR2360971A2; IT1125751B

Description

R. 3OU3 ^

22. 1. 1976 Pf/Do

Anlage zur
Patentanmeldung

Robert Bosch GmbH, 7 Stuttgart 1

Anisotroper Magnet, insbesondere Segmentmagnet

Die Erfindung bezieht sich auf einen anisotropen Magneten, insbesondere auf einen Segmentmagneten für permanentmagnetisch erregte elektrische Maschinen, aus Ferriten des Bariums und/oder Strontiums.

Beim Einsatz von anisotropen Segmentmagneten aus Ferritwerkstoffen beispielsweise in Kleinmotoren ist es schwierig, die Anforderungen nach höchstmöglichem magnetischen Fluß einerseits und hoher Koerzitivfeldstärke zur Vermeidung von Entmagnetisierungserscheinungen andererseits zu erfüllen. Die Gefahr der Entmagnetisierung besteht bei Motoren mit symmetrischer, diametraler Bürstenanordnung besonders an den Enden der Segmentmagnete, hier wiederum ausgeprägt beim Anlaufen bei tiefen Temperaturen. Die bisher bekannten Dauermagnete auf Ferritbasis stellen demgemäß einen Kompromiß dar, bei welchem einer vorgeschriebenen Koerzitivfeldstärke die höchstmögliche Remanenz zugeordnet wird. Eine gleichzeitige Erhöhung von Remanenz und Koerzitivfeldstärke an einem Segmentmagneten

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über die üblichen Werte hinaus ist bei Ferritwerkstoffen aus technologischen Gründen bisher nicht gelungen.

Bei Motoren mit symmetrischer, diametraler Bürstenanordnung ist bereits vorgeschlagen worden, Mehrkomponentenmagnete einzusetzen, die so aufgebaut sind, daß zumindest die ablaufende Magnetkante aus hochkoerzitivem Magnetwerkstoff, der übrige Magnetbogen dagegen aus hocbremanentem Magnetwerkstoff besteht, da bei diesen Motoren die Beanspruchung des Magneten durch das Ankerquerfeld an der ablaufenden Magnetkante am größten ist.

Untersuchungen haben nun gezeigt, daß beispielsweise bei Motoren mit einer dritten Bürste (zweite Drehzahlstufe) die Zone der größten Beanspruchung durch das Ankerquerfeld in den mittleren Bereich des Magneten fällt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Segmentmagneten für permanentmagnetisch erregte elektrische Maschinen anzugeben, der einerseits den Beanspruchungen durch das Ankerquerfeld möglichst weitgehend standhält, andererseits aber eine möglichst hohe Remanenz aufweist und der daher bei maximaler Plußdichte mit dem kleinsten Volumen, d.h. bei vorgegebener Grundfläche mit der geringsten Dicke ausgeführt werden kann, so daß es mit derartigen Magneten möglich wird, Motoren zu bauen, die bezüglich Leistungsgewicht, Magnetabmessungen, Geräuschentwicklung und Entmagnetisierungsverhalten günstigere Eigenschaften aufweisen als die heute bekannten Motoren. Diese Magnete sollen darüberhinaus möglichst kostengünstig unter Einsatz bisher verwendeter Pertigungsanlagen für gerichtete Oxidmagnete hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Magnet im Bereich der höchsten Entmagnetisierungsbeanspruchung aus einer Zone aus hochkoerzitivem Ferrit besteht. Vorteilhafterweise bestehen die verbleibenden Bereiche aus hochremanentem Ferrit, Der Magnet kann aus mehreren Teilen aufgebaut sein, wobei jedes solches Teil aus einer Zone mit innerhalb dieser Zone konstanten magnetischen Eigenschaften besteht. Der Magnet kann

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- ir - 3 ο a

aber auch aus einem einzigen Stück bestehen, so daß die einzelnen Zonen lückenlos ineinander übergehen. Die Trennfugen sollten dabei möglichst radial verlaufen.

Es läßt sich beispielsweise zeigen, daß bei einem Motor mit drei Bürsten und demgemäß zwei Drehzahlstufen die größte Beanspruchung durch das Ankerquerfeld bei beiden Drehzahlstufen im Bereich der dritten Bürste liegt, so daß bei Motoren mit einer dritten Bürste der Magnet für die zweite Drehzahlstufe (dritte Bürste) aufgelegt werden sollte, da die Beanspruchung im diametralen Bürstenbetrieb (erste Drehzahlstufe) auf jeden Fall geringer ist.

Im folgenden soll anhand der Figur die Ermittlung von Größe und Lage der hochkoerzitiven Zone im Bereich der dritten Bürste näher erläutert werden.

Wenn mit ß der Überdeckungswinkel des Magneten und mit Ύ der Bürstenverschiebungswinkel bezeichnet wird, so gelten folgende Relationen für die Lage der Grenzzone:

180 -r. _x

(D

X UI\ J. UU - fl

H ^1OU +0' y

I cR 2

(2)

Mit den Gleichungen (1) und (2) ist es möglich, die Bereiche χ und y zu ermitteln:

_x .. iSo^Jt ./,.Ab

^ά ^l TcK

I^HcR	2	r
I^HcK	180 -	τ ΛΓ
I^HcR	2 I8O +
I^HcK	2
180 +

_{y =} 18O₁Jr. /ι- Α* ι on

^ά ^! TcK

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Der Gesamtbereich Z = χ + y wird dann

180 ^VK

ß I I"cK / ß ^VGes

(V„ = Volumen der hochkoerzitiven Magnetmasse; Y_n - Gesamtvolumen) Ά. ties

Aus dieser Gleichung (5) läßt sich somit das Verhältnis des Volumens der hochkoerzitiven Magnetmasse zum Gesamtvolumen der Magnetmasse aus dem Überdeckungswinkel des Magneten sowie den Koerzitivfeidstärken der beiden Ferritmassen errechnen.

Für eine Optimierung des Magneten muß nun noch die Lage der hochkoerzitiven Zone innerhalb des Segmentmagneten bestimmt werden. Gemäß der Figur liegt der Beginn der hochkoerzitiven Zone (mit A bezeichnet) m von der Kante entfernt..

Es ist

-^ i80 - ß
m = T- y 2 (6)

y aus (4) eingesetzt ergibt nach Umformung

m = f+ § * ώ^ [90 ₊i I- 180 (7)

* IcK

1 V

² /

Für ein Beispiel mit

_TH „ = 256 kA/m ; B = 380 mT χ CK r

= 320 kA/m ; B_r = 350 mT

70 ; β =

^VGes ^} l40
also beträgt die hochkoerzitive Zone 26 % des Gesamtreagnetvolu-

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— 5 -

mens und beginnt bei

mr = 35 + 70 + 0,8 (90 + 35) - 180 = 25° (9)

von der Magnetkante entfernt.

Dieser optimale Magnet für Motoren mit einer 3· Bürste weist also eine mittlere hochkoerzitive Zone mit hochremanenten
Kanten auf.

Die Entmagnetisierungsfeldstärke an der Stelle A ist

H ^ cR - ο 8 H

ent.max. ^H „. ' ent.max. ,

die Feldstärke bei diametralem Bürstenbetrieb an der Kante dagegen

ent.max. ' g_Q "^ *' " ent.max. ,

also auf keinen Fall größer al 3 an der Stelle A₅ d.h. wenn der Magnet für die 2. Drehzahlstufe an der Stelle A in der Dicke dem hochremanenten Material angepaßt wird, erfüllt er auch die Anforderungen in der 1. Drehzahlstufe.

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Im folgenden soll die Herstellung eines erfindungsgemäßen Segmentmagneten anhand eines Ausführungsbeispiels, das sieh auf einen Magneten für einen Motor mit einer dritten Bürste bezieht, näher besehrieben werden. Es werden die beiden oben bereits genannten Ferrite, die Strontiumferrite darstellen, eingesetzt, wobei jeder für sieh zu einem Sintermagneten mit den folgenden Eigenschaften führt:

Masse K: _TH - 320 kÄ/m, B = 350 mT

JL C JL·

Masse R: _TH = 256 kA/m, B = 38O mT.

Die Herstellung solcher Ferritqualitäten entspricht dem Stand der Technik.

Diese Massen werden getrennt nach bekannten Fertigungsverfahren aufbereitet und in eine pastose Form überführt, die etwa 23 % Wasser enthält. Diese Massen werden nun mittels je einer Einspritzpumpe über mehrere Einspritzkanäle In einen Formhohlraum eingespritzt, wobei die Einspritzkanäle für die hochremanente Masse an den Magnetenden und die für die hoehkoerzltive Masse gemäß der oben berechneten Lage dieser Zone angebracht sind. Aus der oben angegebenen Gleichung (8) errechnet sieh der Anteil der hoehkoerzitiveii Masse V„ zu 0,26. V_ß , d.h. 26 % der gesamten Masse muß aus der hoehkoerzltlven Masse bestehen, um den Magneten in optimaler Form zu erhalten. Diesen Verhältnissen entsprechend werden die Kanalquerschnitte ausgelegt. Die nun erfolgende Einspritzung der pastösen Masse erfolgt mit einer zeltlichen Verschiebung: Zunächst wird die hoehremanente Masse an den Magnetenden eingespritzt, und im Anschluß daran die hoehkoerzltive Masse. Diese zeitliehe Verschiebung ist notwendig, damit die hoehkoerzitive Masse nicht an die Magnetenden gedrückt wird und damit sich die Trennfugen der Massen möglichst radial ausbilden. Im Anschluß an das Einpressen der Massen werden diese entwässert und gepreßt. Zur Ausrichtung der einzelnen Ferritteilchen wird ein Magnetfeld angelegt. Nach dem Pressen werden die Teile wieder entmagnetisiert, bei 1200 bis 1250 ⁰C gesintert und schließlich geschliffen, wie dies bei der Herstellung von Sintermagneten

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üblich ist. Es zeigte sich, daß die Verbindung zwischen den beiden Massesorten fließend ist und eine Nahtstelle nicht zu erkennen war. Auch beim Schleifen der Magnete konnte kein Unterschied zu einem Magneten, der aus einem einheitlichen Material hergestellt war, festgestellt werden.

Es ist auch möglich, die einzelnen Zonen, aus denen der Segmentmagnet besteht, getrennt herzustellen und sie vor oder nach dem Schleifen aneinanderzufügen. Diese Verfahrensweise ist ggf. vorteilhaft bei Verwendung der Magnete in größeren Motoren, wo die Magnete größere Abmessungen aufweisen als in Kleinmotoren.

Die erfindungsgemäßen Segmentmagnete haben sich besonders bei Verwendung in Gleichstrommotoren mit permanentmagnetiseher Erregung, und hier insbesondere im Kleinmotorenbau bewährt, wenn diese Motoren eine dritte, unsymmetrisch liegende Bürste für eine zweite Drehzahlstufe aufweisen. So bringen sie Portschritte in der Geräuschverminderung, in der Minimierung des Leistungsgewichtes, in der Stabilisierung des Motors gegen •Kältebetrieb und in den Entmagnetisierungsbedingungen. Sie zeigen darüberhinaus einen günstigen Einfluß im Hinblick auf die lastunabhängige Verhaltensweise des Erregerfeldes der Gleichstrommotoren. Die erfindungsgemäßen Segmentmagnete gestatten darüberhinaus, bei vorgegebenem Motoraußendurchmesser größere Luftspalte im Motor vorzusehen.

Die erfindungsgemäßen Segmentmagnete führen zu einer neuen Klasse von permanentmagnetisch erregten Gleichstrommotoren mit minimalem Leistungsgewicht, die sowohl in ihrer magnetischen Stabilität als auch in ihrer lastunabhängigen Verhaltensweise wesentliche Fortschritte bringen, wobei diese Motoren gegenüber den herkömmlichen ohne Mehrkosten hergestellt v/erden können.

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Leerseite

Claims

Ansprüche

1./Anisotroper Magnet, insbesondere Segmentmagnet für permanentmagnetisch erregte elektrische Maschinen, aus Ferriten des Bariums und/oder Strontiums, der aus Zonen besteht, die aus Ferritwerkstoffen mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet im Bereich der höchsten Entmagnetisierungsbeanspruchung aus einer Zone aus nochkoerzitivem Ferrit besteht.

2. Magnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er in den verbleibenden Bereichen aus hochremanentem Ferrit besteht.

3. Magnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Stück besteht.

4. Segmentmagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 3₃ dadurch gekennzeichnet, daß bei Motoren mit drei Bürsten der Segmentmagnet im Bereich der dritten, unsymmetrisch liegenden Bürste aus einer Zone aus hochkoerzitivem Ferrit und an den verbleibenden Enden aus hochremanentem Ferrit besteht.

5· Segmentmagnet nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumenanteile so gewählt werden, daß sie der Gleichung

180

^VGes \ I^HcK ,
entsprechen und die hochkoerzitive Zone m von der ablaufen-

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ORIGINAL INSPECTED'

den Kante entfernt beginnt mit

_{m =} I₊ ß ₊ IcR ι _{g0 +} . · _ 2 2 I^HcK ^{l 2 y}

V^ = Volumen der hochkoerzitiven Ferritmasse,

Y_n = Gesamtvolumen der Ferritmasse, ues

T-H₁₃= Koerzitivfeidstärke der hochremanenten Ferritmasse _}

_rE_{n v} - Koerzitivfeidstärke der hochkoerzitiven Ferritmasse,

Sr = Überdeckungswinkel des Magneten,

= BürstenverschiebungswinkeI, der dritten, unsymmetrisch liegenden Bürste. <

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