DE3806760A1 - Elektrische maschine - Google Patents
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- H02K29/08—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine,
die ein erstes Funktionsteil mit einem dauermagnetischen
Erregersystem und ein zweites Funktionsteil mit einem
Leitersystem aufweist, wobei das erste Funktionsteil und
das zweite Funktionsteil längs einer Luftspalt-Wirkfläche
relativ zueinander bewegbar sind.
Mit dieser Aussage ist eine elektrische Maschine in
breitester Form umschrieben, wobei lediglich durch die
Angabe eines dauermagnetischen Erregersystems ein
speziellerer Sektor aus dem Kreis der elektrischen
Maschinen herausgegriffen ist. Elektrische Maschinen
dieser Art findet man am häufigsten als Gleichstrom
motoren, bei denen an der Wirkfläche dauermagnetische
Nordpole und Südpole miteinander abwechseln und bei denen
der funktionserforderliche, magnetische Rückschluß
zwischen benachbarten Magnetpolen entweder durch einen
Eisenrücken auf der der Wirkfläche abgewandten Rückseite
der Dauermagnete erfolgt oder dadurch, daß die Dauer
magnete in unterschiedlicher Richtung magnetisierte
Teilbereiche eines einheitlichen magnetischen Körpers
sind. Das zweite Funktionsteil weist das Leitersystem
in der Regel in Form von Wicklungen oder Spulen, die
einzelnen Polen zugeordnet sind, auf. Damit der Elektro
motor laufen kann, muß die Stromrichtung in den einzelnen
Wicklungen jeweils nach Relativbewegung der beiden
Funktionsteile um eine bestimmte Strecke umgekehrt
werden, was durch mechanische oder elektronische Kom
mutierung geschehen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektri
sche Maschine der eingangs genannten Art verfügbar zu
machen, die sich aufgrund ihrer Konstruktion mit höherer
Drehmoment- und Leistungsdichte, bezogen auf das Gewicht
oder das Volumen, bauen läßt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die elektrische Maschine
erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das erste
Funktionsteil - fortschreitend in Relativbewegungsrich
tung betrachtet - eine wechselnde Folge von in Relativ
bewegungsrichtung magnetisierten Dauermagneten
und magnetisch leitenden Materialbereichen aufweist, und
daß die magnetisch leitenden Materialbereiche jeweils -
der Wirkfläche zugewandt - eine Magnetfluß-Austritts
fläche aufweisen, die kleiner als die Summe der Magnet
fluß-Querschnittsflächen der beiden anschließenden
Dauermagnete ist, so daß der Magnetfluß der Dauermagnete
für die Wirkfläche konzentriert wird.
Bei bisherigen elektrischen Maschinen ist die magnetische
Feldstärke der Dauermagnete des Erregersystems durch
das verwendete Dauermagnetmaterial nach oben begrenzt
und ist hierdurch eine obere Grenze für die Magnetfluß
dichte über die Wirkfläche gegeben. Wenn man nach Aus
schöpfung dieser Parameter das Drehmoment einer her
kömmlichen elektrischen Maschine erhöhen will, muß man
die Wirkfläche vergrößern. Dies läuft bei einer rotie
renden elektrischen Maschine auf einen größeren Durch
messer oder eine größere axiale Länge hinaus.
Durch die Erfindung wird ein grundlegend andersartiger
Weg eröffnet, indem über die Wirkfläche vom ersten Funk
tionsteil zum zweiten Funktionsteil führend eine Luft
spaltfeldstärke erreicht wird, die wesentlich über der
Remanenzfeldstärke der verwendeten Dauermagnete liegt.
Der "Übersetzungsfaktor" des B-Felds ist im wesentlichen
durch das Verhältnis der Größe der Magnetfluß-Quer
schnittsfläche eines Dauermagneten zur halben Magnet
fluß-Austrittsfläche in die Wirkfläche des auf einer
Seite an den Dauermagneten anschließenden, magnetisch
leitenden Materialbereichs bestimmt. Der Übersetzungsfak
tor kann problemlos größer als 1,2 oder größer als 1,3
oder größer als 1,5, ja sogar größer als 2,0 sein.
Wenn das B-Feld im Luftspalt größer ist, wird im Falle
gleicher Maschinengröße die Windungszahl bei den Polen
des Leitersystems erniedrigt. Aus der kleineren Win
dungszahl resultiert eine quadratisch niedrigere Induk
tivität im zweiten Funktionsteil. Dies bedeutet, daß bei
unveränderter Drehzahl in der Maschine ein höherer Strom
gewendet werden kann bzw. derselbe Strom bei höherer
Drehzahl gewendet werden kann, wodurch die Leistung der
Maschine entsprechend ansteigt.
Im anderen Falle ergibt sich die Möglichkeit, die
Maschine - im Fall der rotierenden Maschine - beispiels
weise axial kürzer zu bauen oder - im Fall der Linear
maschine - quer zur Relativbewegungsrichtung schmaler zu
bauen, ohne die im zweiten Funktionsteil induzierte EMK
zu verkleinern und ohne die Induktivität zu verändern, so
daß der Elektromotor weiterhin gleiche Leistung abgibt.
Die geschilderten Umstände wirken dahingehend zusammen,
daß man aufgrund der Erfindung bei gleichem Volumen oder
Gewicht eine elektrische Maschine mit höherem Drehmoment
oder höherer Leistung bzw. - im Fall des elektrischen
Generators - mit höherer elektrischer Leistung bauen
kann. Oder anders ausgedrückt: bei geforderter Leistung
kann die Maschine kleiner und leichter sein.
Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine kann es
sich um einen Elektromotor oder um einen Stromgenerator
handeln. Es kann sich um eine linear arbeitende oder
eine rotierend arbeitende elektrische Maschine handeln,
wobei im erstgenannten Fall die Wirkfläche eine Ebene
mit endlicher Breite und mehr oder weniger großer Länge
ist und wobei im zweitgenannten Fall die Wirkfläche ent
weder zylindrisch ist, wenn sich das erste und das zweite
Funktionsteil radial gegenüberliegen, oder kreisringför
mig ist, wenn sich das erste und das zweite Funktionsteil
axial gegenüberliegen. Somit ist die Relativbewegungs
richtung entweder geradlinig oder kreisförmig.
Die zur Wirkfläche gerichteten Magnetfluß-Austrittsflä
chen der magnetisch leitenden Materialbereiche sind in
der Regel im Fall der Linearmaschine und im Fall der ro
tierenden Maschine mit axial beabstandetem ersten und
zweitem Funktionsteil eben, und im Fall der rotierenden
Maschine mit radial beabstandetem ersten und zweitem
Funktionsteil zylindrisch, müssen es aber nicht sein.
Wenn die Magnetfluß-Austrittsflächen von diesen einfachen
Geometrien abweichen, ist sinnvollerweise jeweils die
Projektion der betreffenden Fläche auf die entsprechende
Vergleichsfläche der geschilderten einfachen Geometrie
zu betrachten, um das im Anspruch 1 angesprochene
Flächenverhältnis zu bestimmen. In der Regel sind die
Dauermagnete des Erregersystems - fortschreitend in Re
lativbewegungsrichtung betrachtet - wechselnd gepolt,
so daß auf den Südpol eines ersten Dauermagneten der
Südpol eines zweiten Dauermagneten, auf den Nordpol des
zweiten Dauermagneten der Nordpol eines dritten
Dauermagneten, und auf den Südpol des dritten Dauerma
gneten der Südpol eines vierten Dauermagneten folgt,
usw. Es sind jedoch Konfigurationen denkbar, bei denen
keine derart strenge, wechselnde Folge der Magnetisie
rungsrichtung der Dauermagnete gegeben ist. Außerdem
wird darauf hingewiesen, daß auch erfindungsgemäße elek
trische Maschinen denkbar sind, bei denen zwischen den
Dauermagneten kein magnetisch leitendes Material ange
ordnet ist, sondern Luft.
Eine Konfiguration, die die erfindungsgemäße Konzeption
konstruktiv besonders günstig verwirklicht und Reluk
tanzeffekte klein macht, besteht darin, daß die in Rela
tivbewegungsrichtung gemessene Breite bei den Dauermagne
ten mit zunehmendem Abstand von der Wirkfläche zunimmt,
vorzugsweise daß die Dauermagnete im entsprechenden
Schnitt im wesentlichen dreieckig sind, und daß diese
Breite bei den magnetisch leitenden Bereichen mit zuneh
mendem Abstand von der Wirkfläche abnimmt, vorzugweise,
daß die magnetisch leitenden Bereiche im entsprechenden
Schnitt im wesentlichen dreieckig sind. Die im Anspruch 1
angegebenen Flächenverhältnisse lassen sich jedoch auch
ohne diese Breitenzunahme bzw. Breitenabnahme verwirk
lichen.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung reicht
die dem zweiten Funktionsteil zugewandte Fläche des
ersten Funktionsteils - fortschreitend in Relativbewe
gungsrichtung betrachtet - wechselnd mehr oder weniger
nah an das zweite Funktionsteil heran. Mit dieser
Maßnahme läßt sich erreichen, daß bei bestimmten Rela
tivstellungen von erstem und zweitem Funktionsteil der
Magnetfluß pro einzelnem magnetischen Kreis der Maschine
maximal und bei anderen Relativstellungen kleiner als
maximal ist. Bei kleinerem elektrisch induziertem
Magnetfluß ist die Induktivität der Maschine zu dem ent
sprechenden Zeitpunkt kleiner, was zu denjenigen Zeiten
günstig ist, zu denen die Stromrichtung im Leitersystem
des zweiten Funktionsteils umgedreht wird. Wenn der
elektrisch induzierte Magnetfluß maximal ist, ist zu
dem entsprechenden Zeitpunkt bzw. in der entsprechenden
Zeitspanne die Induktivität der Maschine maximal, was
während derjenigen Zeitspanne günstig ist, in der dem
Leitersystem Strom gleicher Richtung zugeführt wird.
Dies gilt ganz besonders für Ausführungsformen der
Maschine, bei denen in den Zeitspannen zwischen der
Stromumkehr im Leitersystem dem Leitersystem Strom nicht
zeitlich konstant zugeführt wird, sondern gepulst. Be
sonders günstig erreicht man die vorstehend abgehandelten
Effekte, wenn die magnetisch leitfähigen Bereiche auf
der der Wirkfläche zugewandten Seite jeweils in ihrem
Mittelbereich näher an das zweite Funktionteil heran
reichen, also dort die Weite des Luftspalts verkleinert
ist. Oder anders ausgedrückt: Die magnetisch leitfähigen
Bereiche sind auf der der Wirkfläche zugewandten Seite
an ihren den beiden benachbarten Dauermagneten zugewand
ten Rändern derart ausgenommen, daß dort die Weite des
Luftspalts größer ist.
Ähnliche Effekte kann man erzeugen, indem die magnetisch
leitfähigen Bereiche - fortschreitend in Relativbewe
gungsrichtung betrachtet - aus Materialien unterschied
licher magnetischer Leitfähigkeit zusammengesetzt sind.
Konkret könnte man im mittleren Bereich jedes leitfähigen
Materialbereichs ein Material hoher magnetischer Leit
fähigkeit und in den beiden Randbereichen des magnetisch
leitfähigen Materialbereichs ein Material niedrigerer
magnetischer Leitfähigkeit vorsehen.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Maschine ein elek
tronisch kommutierter Elektromotor. Derartige Elektro
motoren zeichnen sich insbesondere durch optimale Regel
barkeit und Verschleißfreiheit aus. Gespeist werden
kann ein derartiger Elektromotor im einfachsten Fall mit
Gleichstrom, wobei vorzugsweise in den Zeitspannen
zwischen der Stromwendung bzw. der Umkehr der Stromrich
tung im Leitersystem des zweiten Funktionsteils eine
Gleichspannung angelegt wird, die durch die elektroni
sche Kommutierungseinrichtung zur Einhaltung einer ge
wünschten regelbaren, mittleren Stromhöhe zu und wegge
schaltet bzw. getaktet wird. Eine günstige niedrige
Taktfrequenz ergibt sich bei der weiter vorn geschilder
ten hohen Induktivität der Maschine in den Zeitspannen
zwischen der Stromwendung. Wenn zur Speisung eine Wech
selstromquelle zur Verfügung steht, kann der Elektromo
tor aus einem Gleichspannungszwischenkreis gespeist
werden.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine kann entweder
ein relativ zu dem stationären zweiten Funktionsteil
bewegbares erstes Funktionsteil, oder ein relativ zu dem
stationären ersten Funktionsteil bewegbares zweites
Funktionsteil, oder auch zwei relativ zueinander beweg
bare Funktionsteile, von denen keines stationär ist,
aufweisen. Besonders bevorzugt ist jedoch, wenn das erste
Funktionsteil der bewegbare Teil der elektrischen
Maschine ist, insbesondere weil dem ersten Funktionsteil
kein Strom zugeführt werden muß.
Wenn die erfindungsgemäße elektrische Maschine als ro
tierende Maschine mit zylindrischer Wirkfläche gebaut
ist, kommen prinzipiell die beiden Möglichkeiten Außen
rotor und Innenrotor in Betracht. Die Außenrotorbauweise
ist im Interesse eines möglichst großen Durchmessers der
Wirkfläche und damit möglichst großen Drehmoments bei
gegebenem Volumen bevorzugt, weil der Erregerteil in der
Regel radial weniger Raum beansprucht als das Leiter
system des zweiten Funktionsteils.
Da die erfindungsgemäße elektrische Maschine ohne mag
netischen Rückschluß auf der der Wirkfläche abgewandten
Rückseite des Erregersystems auskommt, ist es bevorzugt,
die Dauermagnete und die magnetisch leitfähigen Bereiche
formschlüssig miteinander zu verbinden und/oder auf der
der Wirkfläche abgewandten Rückseite des Erregersystems
ein Lastaufnahmeteil aus magnetisch nicht leitfähigem
Material vorzusehen. Das Lastaufnahmeteil ist im Fall
rotierender Maschinen mit zylindrischer Wirkfläche im
wesentlichen zylindrisch, im Fall rotierender Maschinen
mit kreisringförmiger Wirkfläche im wesentlichen kreis
förmig oder kreisringförmig, und im Fall einer linearen
Maschine im wesentlichen rechteckig. Das Lastaufnahmeteil
läßt sich besonders günstig aus Kunststoff, insbesondere
faserverstärktem Kunststoff, fertigen. Im Fall einer
rotierenden Maschine mit Außenrotor ist es besonders
günstig, in dem Lastaufnahmeteil eine ringförmige Ban
dage vorzusehen oder das Lastaufnahmeteil insgesamt als
ringförmige Bandage auszubilden, die die Bauteile des
Erregersystems gegen die Zentrifugalkraft zusammenhält.
Lastaufnahmeteile können mit modernen Werkstoffen, ins
besondere Faserwerkstoffen oder faserverstärkten Kunst
stoff-Werkstoffen, mit extrem hoher mechanischer Festig
keit bei geringem Volumen und geringem Gewicht gebaut
werden.
Es wird darauf hingewiesen, daß die in den abhängigen
Ansprüchen angegebenen Merkmale mindestens teilweise auch
technisch sinnvoll verwirklichbar sind, wenn nicht zu
gleich sämtliche Merkmale mindestens des Anspruchs 1
vorhanden sind. Dies gilt ganz besonders für die Merk
male der Ansprüche 2, 4, 6 und 11, für die auch ohne Ein
beziehung aller Merkmale des Anspruchs 1 erfinderischer
Charakter beansprucht wird.
Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im
folgenden anhand von zeichnerisch dargestellten Ausfüh
rungsbeispielen noch näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine elektrische Maschine mit Rota
tionsbewegung in einem Schnitt rechtwinklig zur
Rotationsachse, wobei Teile weggelassen sind;
Fig. 2 einen Teil einer elektrischen Maschine mit Line
arbewegung oder Rotationsbewegung, in einem
Schnitt rechtwinklig zur Wirkfläche der Maschine
und enthaltend die Relativbewegungsrichtung;
Fig. 3 eine im Vergleich zu Fig. 2 abgewandelte, elek
trische Maschine in gleicher Schnittdarstellung;
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Änderung der
Induktivität der Maschine gemäß Fig. 3 bei sich
ändernder Relativstellung von erstem und zweitem
Funktionsteil.
Die in Fig. 1 bis 3 schematisch dargestellten Maschinen
können entweder ein Stromgenerator oder ein Elektromotor
sein. Die folgende Beschreibung orientiert sich in
erster Linie an dem Fall des Elektromotors, wobei jedoch
aufgrunddessen das Verständnis eines entsprechend aufge
bauten Generators für den Durchschnittsfachmann auf der
Hand liegt.
Der in Fig. 1 dargestellte Elektromotor 2 ist ein Außen
rotormotor, bei dem sich ein im wesentlichen rohrförmiger
Außenrotor als erstes Funktionsteil 4 um ein inneres,
im wesentlichen zylindrisches, zweites Funktionsteil 6,
nämlich den Stator des Elektromotors 2, drehen kann. Der
Stator 6 weist ringförmig verteilt Statorpole 8 auf,
die - bei Betrachtung eines bestimmten Zeitpunkts - in
Umfangsrichtung fortschreitend abwechselnd ein elektro
magnetischer Nordpol oder Südpol sind. Die Pole 8 sind
jeweils mit einer Wicklung 10 versehen, und die Wicklun
gen 10 bilden das Leitersystem des Motors 2.
Am Rotor 8 sind innenseitig Dauermagnete 12 vorgesehen,
die im Schnitt der Fig. 1 dreieckig mit radial nach innen
weisender Spitze sind, wobei benachbarte Dauermagnete 12
radial außen mit ihren Rändern aneinanderstoßen. In Um
fangsrichtung fortschreitend sind zwischen den Dauermag
neten 12 jeweils magnetisch leitende Materialbereiche
14 vorgesehen, die im Schnitt der Fig. 1 im wesentlichen
dreieckig mit radial nach außen weisender Spitze sind.
Die Dauermagnete 12 und die Materialbereiche 14 haben,
zusammen betrachtet, im Schnitt der Fig. 1 eine kreis
ringförmige Konfiguration und bilden das Erregersystem
16 des Motors 2. Radial außen sind die Dauermagnete 12
und die Materialbereiche 14 durch eine im wesentlichen
kreisförmige, einfach oder mehrfach herumgelegte Bandage
18 umgeben, die beispielsweise aus im wesentlichen in
Umfangsrichtung verlaufenden Glasfasern, Carbonfasern,
Kevlar-Fäden oder Kunststoff oder mit derartigen Fasern
verstärktem Kunststoff besteht.
Zwischen dem Innenumfang des Rotors 4 und dem Außenumfang
des Stators 6 befindet sich eine im wesentlichen zylin
drische Wirkfläche mit einer radialen Weite a, die
üblicherweise als Luftspaltweite bezeichnet wird. Die
Wirkfläche ist strenggenommen keine zweidimensionale
Fläche, sondern eine "Wirkschicht" mit einer nicht not
wendigerweise überall gleichen Dicke, gemessen senkrecht
zur Relativbewegungsrichtung.
In Umfangsrichtung gemessen sind die einzelnen Pole 8
nahezu gleich breit wie die Materialbereiche 14 radial
innen.
Die Dauermagnete 12 sind im wesentlichen in Umfangsrich
tung des Rotors 4 magnetisiert, wie durch die einge
zeichneten Pfeile angedeutet, so daß - in Umfangsrichtung
fortschreitend - auf einen Dauermagneten 12 mit im Uhr
zeigersinn weisendem Nordpol ein Dauermagnet 12 mit ent
gegen dem Uhrzeigersinn weisenden Nordpol folgt usw. Da
bei jedem betrachteten Materialbereich 14 die Summe der
Magnetfluß-Querschnittsflächen der beiden, in Umfangs
richtung benachbarten Dauermagneten 12 größer ist
als seine Magnetfluß-Austrittsfläche 22 in die Wirk
fläche 24, herrscht in der Wirkfläche 24 eine erheblich
über der Remanenzfeldstärke der Dauermagnete 12 liegende
magnetische Feldstärke.
Mit 26 ist ein am Außenumfang des Stators 6 befestigter
Sensor bezeichnet, der auf die Magnetfelder der vorbei
bewegten Dauermagnete 12 anspricht, wodurch die Relativ
stellung von Rotor 4 und Stator 6 erfaßt wird. Die Sig
nale des Sensors 26 werden einer Steuereinheit 28 zuge
führt, die eine Speisungsgleichspannung für das Leiter
system zu demjenigen Zeitpunkt umpolt, wenn sich, wie in
Fig. 1 gezeichnet, die Statorpole 8 jeweils gerade mittig
gegenüber den Materialbereichen 14 befinden. Alternativ
kann man einen zusammen mit dem Rotor 4 rotierenden
Ring mit Steuerungs-Dauermagneten vorsehen, auf die der
Sensor 26 anspricht.
Wenn die Maschine als Generator gebaut ist, ist keine
elektronische Steuerung zur Kommutierung erforderlich,
kann aber vorhanden sein, um den erzeugten Strom sozu
sagen im Generator gleichzurichten.
In den Fig. 2 und 3 sind die geschilderten, grundsätz
lichen Verhältnisse nochmals in größerem Maßstab darge
stellt und sind weitere zusätzliche, bevorzugte Einzel
heiten veranschaulicht. Die gezeichnete Darstellung des
ersten Funktionsteils 4 in einer Ebene kann man entweder
als Abwicklung eines Rotationsmotors gemäß Fig. 1 oder
als Darstellung eines linearen Motors 2 verstehen.
Es sind die zu einem magnetischen Kreis des Motors 2,
bestehend aus einem Dauermagneten 12, einem halben Mate
rialbereich 14 links davon, einem halben Materialbereich
14 rechts davon und zwei halben Elektromagneten 8, 10,
gehörenden Magnetflußlinien 30 eingezeichnet. Ferner sind
bei einem Dauermagneten 12 an zwei Stellen Magnetfluß-
Querschnittsflächen 21 rechtwinklig zur Wirkfläche 24
eingezeichnet. Die jeweilige Querschnittsfläche 21 kann
man sich als Projektion der betreffenden Anschlußfläche
20 an den angrenzenden Materialbereich 14 in Relativbe
wegungsrichtung vorstellen. Man erkennt die Magnetfluß
konzentration von den Magnetfluß-Querschnittsflächen 21
der Dauermagnete 12 in den entsprechenden Teil der Wirk
fläche 24. Man könnte den Motor 2 auch mit im wesentli
chen quaderförmigen Dauermagneten 12 mit den eingezeich
neten Querschnittsflächen 21 als Anschlußflächen zu den
beiden angrenzenden, ebenfalls im wesentlichen quader
förmigen Materialbereichen 14 bauen.
Außerdem erkennt man, daß die Dauermagnete beidseits
jeweils eine sich in Relativbewegungsrichtung 32 er
streckende Nase 34 aufweisen, mit denen sie in entspre
chende Nuten 30 der Materialbereiche 14 greifen. Zur Mon
tage werden die Dauermagnete 12 und die Materialbereiche
14 senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 2 zusammenge
schoben. Auf diese Weise entsteht eine gegenseitige,
formschlüssige Verankerung der Dauermagnete 12 und der
Materialbereiche 14. Insbesondere bei weniger hoch be
lasteten Motoren kann dadurch das der Bandage von Fig. 1
entsprechende Lastaufnahmeteil 18 weniger stark oder
entbehrlich sein.
Ferner ist die Möglichkeit eingezeichnet, daß die Mate
rialbereiche 14 im mittleren Bereich aus einem Material
36 sehr hoher magnetischer Leitfähigkeit bestehen und
in ihren, in Fig. 2 eingezeichneten linken und rechten
Randbereichen jeweils aus einem Material 38 mit geringe
rer magnetischer Leitfähigkeit.
In Fig. 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der
abweichend von den bisher beschriebenen Ausführungsformen
die dem zweiten Funktionsteil 6 zugewandte Fläche des er
sten Funktionsteils 4 so gestaltet ist, daß die Weite a
des Luftspalts jeweils im mittleren Bereich der Material
bereiche 14 kleiner als in den Randbereichen der Materi
albereiche 14 ist. Es ergeben sich somit Vorsprungsberei
che 40, die näher an das zweite Funktionsteil 6 heranrei
chen als die Bereiche dazwischen. Hierdurch wird er
reicht, daß in der in Fig. 3a gezeichneten Stellung die
Induktivität des Motors besonders klein ist, was einem
raschen Stromaufbau in den Wicklungen 10 nach der Span
nungsumkehrung durch die Steuereinheit 28 förderlich ist.
Wenn hingegen, wie in Fig. 3b gezeichnet, die Pole 8 je
weils mit ihrer Mitte der der Wirkfläche 24 zugewandten,
ggf. abgeflachten Spitze eines Dauermagneten 12 gegen
überliegen ist die Induktivität des Motors höher, was
insbesondere für die Versorgung des Motors mit gepulstem
Gleichstrom günstiger ist. Diese Verhältnisse sind in
Fig. 4 graphisch veranschaulicht.
Claims (13)
1. Elektrische Maschine (2), die ein erstes Funk
tionsteil (4) mit einem dauermagnetischen Erregersystem
(12) und ein zweites Funktionsteil (6) mit einem
Leitersystem (10) aufweist, wobei das erste Funktions
teil (4) und das zweite Funktionsteil (6) längs einer
Luftspalt-Wirkfläche (24) relativ zueinander bewegbar
sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Funktionsteil (4) - fortschreitend in
Relativbewegungsrichtung (32) betrachtet - eine wech
selnde Folge von in Relativbewegungsrichtung (32)
magnetisierten Dauermagneten (12) und magnetisch
leitenden Materialbereichen (14) aufweist;
und daß die magnetisch leitenden Materialbereiche (14)
jeweils - der Wirkfläche (24) zugewandt - eine Magnet
fluß-Austrittsfläche (22) aufweisen, die kleiner als
die Summe der Magnetfluß-Querschnittsflächen (21) der
beiden anschließenden Dauermagnete (12) ist, so daß
der Magnetfluß der Dauermagnete (12) für die Wirkfläche
(24) konzentriert wird.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die in Relativbewegungsrichtung (32) gemessene Breite
bei den Dauermagneten (12) mit zunehmendem Abstand
von der Wirkfläche (24) zunimmt und bei den magnetisch
leitenden Bereichen (14) mit zunehmendem Abstand von
der Wirkfläche (24) abnimmt.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dauermagnete (12) und die magnetisch leitenden
Bereiche (14) im Schnitt im wesentlichen dreieckig sind.
4. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche
1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die dem zweiten Funktionsteil (6) zugewandte Fläche
des ersten Funktionsteils (4) - fortschreitend in
Relativbewegungsrichtung (32) betrachtet - wechselnd
mehr oder weniger nah an das zweite Funktionsteil (6)
heranreicht.
5. Elektrische Maschine nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die magnetisch leitfähigen Bereiche (14) jeweils in
der Mitte einen näher an das zweite Funktionsteil (6)
heranreichenden Vorsprung (40) haben.
6. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche
1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die magnetisch leitfähigen Bereiche (14) - fort
schreitend in Relativbewegungsrichtung (32) betrachtet -
aus Materialien unterschiedlicher magnetischer Leit
fähigkeit zusammengesetzt sind.
7. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche
1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß es ein elektronisch kommutierter Elektromotor ist.
8. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche
1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Funktionsteil (4) der bewegbare Teil
der elektrischen Maschine ist.
9. Elektrische Maschine nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie als rotierende Maschine mit Außenrotor ge
baut ist.
10. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche
1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dauermagnete (12) und die magnetisch leitfähigen
Bereiche (14) formschlüssig miteinander verbunden sind.
11. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche
1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß an der der Wirkfläche (24) abgewandten Rückseite
der Dauermagnete (12) und der magnetisch leitfähigen
Bereiche (14) ein Lastaufnahmeteil (18) aus magnetisch
nicht leitfähigem Material vorgesehen ist.
12. Elektrische Maschine nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Lastaufnahmeteil (18) aus, vorzugsweise faser
verstärktem, Kunststoff gefertigt ist.
13. Elektrische Maschine nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Lastaufnahmeteil (18) eine außen um einen
Außenrotor herumgelegte Bandage aufweist.
Priority Applications (13)
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