DE2425135A1

DE2425135A1 - 6-poliger permanentmagnetischer elektromotor

Info

Publication number: DE2425135A1
Application number: DE19742425135
Authority: DE
Inventors: Frank R Merriam
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1973-05-24
Filing date: 1974-05-24
Publication date: 1974-12-12
Also published as: CA1004273A; GB1454700A; JPS5020204A; FR2231144A2; NL7401792A; BR7401185D0; US3889141A

Description

Patentanwälte
Dipl.-Inc- W.Beyer Dipl.-V/irtsch.-Ing. B.Jochem

Frankfurt am Main Staufenstrasse 36

In Sachen:

Ford-Werke Aktiengesellschaft

5 Köln /Ehein

Ottoplatz

6-poliger permanentmaghetischer Elektromotor.

Die Erfindung betrifft einen 6-poligen permanentmagnetischen Elektromotor mit feststehenden Polen.

Es ist bekannt, perinagnentmagnetische dynamoelektrische Haschinen, insbesondere Elektromotoren unter Verwendung einer Vielzahl von Permanentmagneten in Form flacher Blöcke zu bauen, die durch Joche aus ferromagnetischem Material miteinander magnetisch verbunden sind, wobei die Magnetblöcke und die Joche durch Klemmittel aus Kunststoff zusammengehalten sind (US-PS 3 521 096). Pur jeden Pol sind zwei Permanentmagneten vorgesehen, von denen der eine die umgekehrte Polarität wie der andere besitzt. Für einen 6-poligen Motor,-wie- er beispielsweise für den Scheibenwischerantrieb oder das Gebläse der Heizungsoder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs erwünscht ist, werden somit nach der bekannten Konstruktion sechs Permanentmagnete benötigt.

Aufgabe, der Erfindung ist demgegenüber die Schaffung eines 6-poligen permanentmagnetischen Elektromotors mit fest-

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stehenden Polen, welcher mit weniger Permanentmagneten auskommt und dadurch in der Herstellung vereinfacht und verbilligt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch vier im Winkelabstand von abwechselnd 60° und 120° um den Läufer verteilte Permanentmagnete, die auf ihrer radial äußeren Seite im Wirikelabstand von"120° paarweise durch ferromagnetische Plußleitglieder miteinander magnetisch verbunden sind, deren Mittelabschnitte sich dem Läufer auf das Ka£ des Luftspalts der Magnete nähern, wobei die Polarität der Permanentmagnete innerhalb eines jeden Magnetpaares dieselbe und gegenüber der des anderen Magnetpaares umgekehrt ist.

Weitere Merkmale zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Stirnansicht eines 6-poligen permanentmagnetischen Elektromotors zur Verwendung für den Scheibenwischerantrieb oder den Gebläse-, antrieb der Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs,

Fig. 2 einen Axialschnitt nach Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Motor gemäß Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 einen abgewinkelten Längsschnitt durch ein

Gehäuseteil des Motors nach Linie 4-4 in Fig.3 und

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Fig. 5 ein Prinzipschaltbild für den Betrieb des Kotors durch eine Kraftfahrzeugbatterie.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen den in seiner Gesamtheit mit bezeichneten Elektromotor, der ein Ständergehäuse 12 und einen Läufer 14 besitzt. Das Ständergehäuse 12 besteht aus zwei schüsseiförmigen Gehäuseteilen 16 und 18. Das Gehäuseteil 16 weist einen radialen Befestigungsflansch mit einer Vielzahl von Bohrungen 22 zur Anbringung des Kotors in einer durchbrochenen Wand,beispielsweise in einen Kraftfahrzeug, auf.

Der Läufer oder Anker 14 hat eine Welle 24, eine Wicklung und einen Kommutator 28, an den die Wicklungsenden der Wicklung 26 in herkömmlicher Weise angeschlossen sind. Der schüsseiförmige Gehäuseteil 16 des Ständergehäuses 12 enthält ein herkömmliches Gleitlager 30 zur Lagerung des einen Endes der Läuferwelle 24, und der schüsseiförmige Gehäuseteil 18 hat ein ähnliches herkömmliches Gleitlager zur Lagerung des anderen Wellenendes.

Das Ständergehäuse 12 enthält einen Bürstenhalter 3^ 2-it Bürsten 36 und 38, die im Winkelabstand von 60° oder zueinander versetzt gegen den Kommutator 28 angestellt sind. Die 60°~Anordnung ist in den Zeichnungsfiguren 1 bis 3 vorgesehen, wo in Fig. 2 nur die Bürste 36 zu sehen ist,
während die Schaltung nach Fig. 5 die 18O°-Anordnung zeigt. Zur Anstellung der Bürsten 35» 38 gegen den Kommutator kann jeder herkömmliche Hechanismus verwendet werden.

Zwei Gewindebolzen 40, 42 werden gemäß Fig. 1 zur Verschraubung der Gehäuseteile 16 und 18 miteinander verwendet. Der radial gerichtete Festigungsflansch 20 des schüsseiförmigen Gehäuseteils 16 hat eine Vielzahl von Vorsprüngen oder Ausdrückungen 44 zur Anlage gegen die

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den Motor tragende Wand, um den Motor in der richtigen Winkelstellung mit bezug auf die Wandebene zu halten.

Aus den Fig. 2, 3 und 4- ist ersichtlich, daß das schulterförmige Gehäuseteil 18 aus einer Stirnwand 45 und einen axial gerichteten Kragenteil 4β besteht, der mit der Stirnwand 4-6 in einem Stück hergestellt ist. An dem axial gerichteten Kragenteil 4-8 setzt ein radial gerichteter Flansch 50 an, der in das andere Gehäuseteil 16 eingreift. Der Flansch 50 enthält (nicht dargestellte) Mittel zur Aufnahme der in Fig. 1 gezeigten Gewindebolzen 4-0 und 4-2, weiche das Gehäuseteil 16 und das Gehäuseteil 18 miteinander verbinden. Wie insbesondere aus den Fig. 3 und 4- hervorgeht, sind einstückig an eine axial vorspringende und sich rings um die Wicklung 26 des Läufers 14- erstreckende Konsole im Inneren des Gehäuseteils 18 vier axial vorstehende Zapfen 52, 54·, 56 und 58 angeformt. Das Gehäuseteil 18 hat ferner zwei radial nach einwärts gerichtete "Vorsprünge 62 und 64-, die einstückig an den Kragenteil 48 angeformt sind. Ein jeder dieser radialen Vorsprünge 62, 64- ist am radial inneren Ende mit in Umfangsrichtung weisenden Ansätzen und 68 versehen. Das schüsseiförmige Gehäuseteil 18 besteht aus nichtmagnetischem Material wie beispielsweise Kunststoff oder Aluminium.

Wie in Fig. 3 dargestellt ,besteht die Ständerfeldkonstruktion des Motors 10 aus vier Permanentmagneten 70, 72, 74- und in Form flacher Blöcke aus Keramik (Sintermaterial). Diese Permanentmagnete sind vorzugsweise von rechteckiger Gestalt und in Sadialrichtung mit bezug auf die Läuferachse polarisiert.

Weiterhin sind zwei ferromagnetische Flußleitglieder 78 und 80 vorgesehen. Das Flußleitglied 78 hat einen Mittelabschnitt 82, einen sich dazu im Winkel an einem Ende er-

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streckenden flachen Endabschnitt 84 und einem weiteren, sich gleichfalls im .Winkel zum Mittelabschnitt erstreckenden Endabschnitt 86. In ähnlicher Weise hat das Flußleitglied 80 einen Mittelabschnitt 88 mit einem sich im Winkel hierzu erstreckenden Endabschnitt 90 an einem Ende und einem gleichfalls sich im Winkel erstreckenden flachen Endabschnitt am anderen Ende.

Aus Fig. 3 läßt sich entnehmen, daß der axiale Kragenteil des zweiten schüsseiförmigen Gehäuseteils 18 im wesentlichen mit der Form der beiden Flußleitglieder 78 und 80 übereinstimmt. Demzufolge können beim Zusammenbau des Motors die beiden Flußleitglieder 78 und 80 axial in den zweiten schüsselförmigen Gehäuseteil 18 so. eingesetzt werden, daß die Außenseiten davon an bestimmten Stellen, insbesondere am Übergang von den Mittelabschnitten 82, 88 zu den flachen Endteilen 84, 86 bzw. 90, 92 gegen die Innenfläche des Kragenteils 48 anliegen. Die axial gerichteten Zapfen 52, 54, 56 und 58 erfassen dabei die Innenflächen der ferromagnetischen Flußleitglieder 78 und 80 und halten diese im Preßsitz innerhalb des zweiten schüsselförmigen Gehäuseteils 18.

Die Permanentmagnete 70, 72, 74 und 76 können dann axial in den Gehäuseteil 18, wie in Fig. 3 gezeigt, in eine Stellung eingeschoben werden, in welcher die in Umfangs- ' richtung weisenden Ansätze 66 und 68 der radial einwärts gerichteten Vorsprünge 62 und 64 die Permanentmagnete in Radialrichtung halten. Die Vorsprünge 62 und 64 müssen aus nichtmagnetischem Material bestehen, um den Streufluß zwischen den Magnetpaaren 70, 76 und 72, 7^ möglichst klein zu halten, und sind vorzugsweise einstückig mit dem schüsselförmigen Gehäuseteil 18 ausgebildet. Die entgegengesetzte Kante eines Jeden· Permanentmagnets 70, 72, 74 und 76 liegt gegen den zugehörigen Zapfen 52, 5^> 56

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bzw. 58 an. Es läßt sich auch erkennen, daß die magnetische Kraft der vier Permanentmagnete diese in Anlage nit den flachen Endabschnitten 84-, 86, 90 und 92 der Flußleitglieder 7'8 und 80 hält.

Ein jeder der Permanentmagnete 70, 72, 74 und 76 ist in Radialrichtung mit bezug auf die Achse des Elektromotors und des Läufers 14- polarisiert. Die beiden mit einem FIuIB-leitglied in Berührung stehenden Permanentmagnete sind dergestalt polarisiert, daß sie in radialem Abstand einen ersten Magnetpol gegenüber dem Läufer 14 bilden, während die entgegengesetzt bezeichneten Pole in magnetisch leitender Verbindung mit den entsprechenden flachen Endabschnitten des Flußleitgliedes stehen. Somit sind die Permanentmagnete 70, mit ihren Nordpolen in Berührung mit den Endabschnitten 84- bzw. 86 des Flußleitgliedes 78, während die magnetischen Südpole der Permanentmagnete 70, 72 gegen den Läufer 14-gerichtet sind. Der Mittelabschnitt des· Flußleitgliedes ist in einem Radialabstand vom Läufer 14- vorbeigeführt, der im wesentlichen gleich dem Luftspalt zwischen den Permanentmagneten 7O₅ 72 und dem Läufer 14- ist, so daß ein folgender Pol gebildet ist, der dieselbe Polarität wie die Permanentmagnete an ihrer Berührungsstelle mit den Endabschnitten 84-, 86 des Flußleitgliedes 78 aufweist (d.h. ein magnetischer Nordpol).

Die Permanentmagnete 74-, 76, die mit dem anderen Flußleitglied 80 in Berührung stehen, sind demgegenüber entgegengesetzt polarisiert, so daß der entgegengesetzte Pol (beispielsweise der magnetische Nordpol) gegen den Läufer 14- gerichtet ist, während der zuerst genannte Pol (der magnetische Südpol) in magnetisch leitender Verbindung mit den flachen Endabschnitten 90, 92 des Flußleitgliedes 80 steht. Der Mittelabschnitt 88 des Flußleitgliedes 80 hat einen Radialabstand zum Läufer 14-, der im wesentlichen gleich

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dom Luftspalt zwischen den -Permanentmagneten 7^-, 76 und dem Läufer 14 ist, so daß ein folgender Pol gebildet wird, der die gleiche Polarität wie die Polarität der Permanentmagnete an ihren Berührungsstellen mit den flachen Endabschnitten 90, 92 des Flußleitgliedes 80 besitzt (d.h. ein magnetischer Südpol).

Der Flußverlauf im Läufer des Motors und durch die Flußleitglieder 78 und 80 ist in Fig. 3 gestrichelt eingezeichnet, und es läßt sich daraus ersehen, daß sechs getrennte Flußpfade durch den Läufer verlaufen und daß ein jeder Folgepol durch den Mittelabschnitt 82 und 88 der Flußleitglieder 78 bzw. 80 gebildet ist. Diese Mittelabschnitte 82 und 88 können derart geformt sein, daß sie eine zentrale Bogengestalt besitzen, die mit der Krümmung des Läufers 14 unter Einbeziehung eines Luftspaltes übereinstimmen, der im wesentlichen gleich dem Luftspalt zwischen den radial gerichteten Innenflächen der Permanentmagnete 70, 72, 74- und 76 und der äußeren UmfangsfIache des Läufers 14 ist.

Wie Fig. 5 zeigt, kann zur Stromzuführung zur Bürste 38 über einen Ein-Aus-Schalter 102 innerhalb einer Leitung 104 eine elektrische Energiequelle in Form einer Batterie 100 verwendet werden. Die andere Bürste 36 ist über eine Leitung 106 an Masse angeschlossen. Diese Leitungen sind körperlich in Fig. 2 dargestellt und verlaufen von den 3ürsten 38 und 36 aus durch eine radiale Ausweitung 108 im Kragenteil 48 des zweiten schüsseiförmigen Gehäuseteils 18.

Als Folge der vorstehend beschriebenen Ausbildung wird ein hochwirksamer permanentmagnetischer Elektromotor erhalten, der sechs Pole und sechs getrennte Kasnetflußjfade durch den Läufer aufweist und hierfür nur vier

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Permanentmagnete benötigt. Die Anwendung dieser Konstruktion auf eine permanentmagnetisch^ dynamische elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor führt zu einer Maschine, die wesentlich weniger magnetisches Material und wesentlich weniger Leitungsmaterial im Läufer enthält, wobei trotzdem eine Maschine mit vergleichbaren Leistungsbedingungen gegenüber den Maschinen nach dem Stand der Technik beschaffen wird.

Patentansprüche /

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Claims

- 9 -Patentansprüche

1 .J 6-poliger permanentmagnetischer Elektromotor mit feststehenden Polen, gekennzeichnet durch vier im Winkelabstand von abwechselnd 60° und 120° um den Läufer (14) verteilte Permanentmagnete (70, 72, 74, 76), die auf ihrer radial äußeren Seite im Winkelabstand von 120° paarweise durch ferromagnetische Flußleitglieder (78, 80) miteinander magnetisch verbunden sind, deren Kittelabschnitte (82, 88) sich dem Läufer (14) auf das Maß des Luftspalts der Magnete nähern, wobei die Polarität der Permanentmagnete. (70, 72, 74, 76) innerhalb eines jeden Magnetpaares' (70, 72 bzw. 74, 76) dieselbe und gegenüber der des anderen Magnetpaares umgekehrt ist.
2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittelabschnitte (82, 88) der Flußleitglieder (78, 80) im mittleren Bereich der Krümmung des Läufers (14) angepaßt sind.
3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2,' dadurch gekennzeichnet , daß die Permanentmagnete (70, 72, 74-, 76) als flache Blöcke ausgebildet sind, die von den abgewinkelten flachen Enden der Flußleitglieder (78, 80) hintergriffen sind.
4. Elektromotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Flußleitglieder (78, 80) mit den daran befestigten Permanentmagneten (70, 72, 74-j- 76) von einem kragenförmigen Gehäuseteil (48) umschlossen und innenseitig durch in die Abwinklungen eingreifende, am Gehäuseteil (48) feste Zapfen (52, 54, 56, 58) in Stellung gehalten sind.

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5· Elektromotor nach Anspruch 4-, d a ά· u r c h ge kennzeichnet , daß die Flußleitglieder (73, 80) zwischen dem kragenförmigen Gehäuseteil (^-8) und die Zapfen (52, 54-, 56, 58) mit Preßsitz eingesetzt sind.
6. Elektromotor nach Anspruch 4- oder 5, gekenn zeichnet durch vom Gehäusekragen (4-8) sich radial nach einwärts zwischen die -mit 60 Winkelabstanä benachbar ten Permanentmagnete (70, 76 bzw. 72, 7⁷O erstreckende Vor sprünge (62, 64), welche Anschläge für die Magnete in Umfangsrichtung bilden.

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