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Permanenterregte rotierende elektrische Maschine Die Erfindung betrifft
eine permanenterregte rotierende elektrische Maschine mit flachen Permanentmagnetplatten,
die großflächig an Eisenpolkernen anliegen.
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Werden derartige Maschinen, insbesondere GIeichstrom-Servo-Motore,
mit Permanentmagnetplatten hoher Xoerzitivfeldstärke und relativ geringer Remanenzinduktion
erregt, sso muß die Magnetfläche wesentlich größer gewählt'werden als die Luftspaltfläche,
wenn man hohe Luftspaltinduktionen erreichen will Bei einer Verwendung von Magnetplatten
aus neuzeitlichen Magnetwerkstoffen,wie z.B. Oxydmagnete eignen sich hierbei schon
verhältnismäßig dünne Platten, deren Anordnung an den Eisenpolkernen Jedoch schwierig
ist. Werden die Magnetplatten senkrecht zur Polrichtung hinter den Polkernen angeordnet,
kommt man zu KonstruRtionen, die nur kleine Magnetflächen ermöglichen oder die hohe
StreuflUsse ergeben, sodaß nur eine schlechte Ausnutzung des Magnetmaterials möglich
ist. Um größere Magnetflächen unterbringen zu können ist es bekannt (siehe OS 1
763 876), den Polfuß nach hinten keilförmig auszubilden und Je zwei Magnetplatten
Je Pol -an den keilförmigen Polschäften anzuordnen. Hierdurch läßt sich zwar die
Magnetf che erhöhen, Jedoch ergeben sich auch hier hohe Streuflüsse.
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Eine noch weitergehende Vergrößerung der MagnetflEchen wird möglich,
wenn die Magnetplatten radial zwischen den Polkernen angeordnet werden. Hierbei
entstehen Jedoch noch größere, im Außenraum verlaufende StreuflUsse, die sich allerdings
in bekannter
Weise (siehe DAS 1 174 418) durch zusätzliche Magnete
an den Polfttßen kompensieren lassen. Ein derartiger Aufbau bedingt Jedoch entweder
eine hohe Polzahl, oder eine schlecht ge.-nutzte Vergrößerung des Außendurchmessers
der Maschine.
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Diese Nachteile lassen sich weitgehend vermeiden, wenn gemäß der Erfindung
an stark verbreiterten Polfüßen kurzer Polkerne senkrecht zur Polrichtung großflächig
Hauptmagnetplatten anliegen, die Schäfte der Polkerne benachbarter Pole weitgehend
parailele Ebenen aufweisen, und an diesen Ebenen Im Streuraum zwischen den Polkernen
Je eine zusätzliche Magnetplatte mit kleineren Magnetflächen angeordnet ist. Hierdurch
werden die sonst zwischen den Polkernen auftretenden StreuflUsse nicht nur vermieden,
sondern auch noch die sich bei kurzer Pollänge durch die Verbreiterung der Pol fuße
ergebenden Polschaftflächen ausgenutzt, sodaß sich ein sehr günstiges Verhältnis
von Magnetfläche zu Luftspaltfläche bei geringen Außenabmessungen ergibt, wobei
gieichzeitig der Streufluß zwischen den Polen weitgehend und der Streufluß außerhalb
des Gehäuses nahezu vollständig unterbunden wird.
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Da es sich bei Magnetplatten aus neuzeitlichen Magnetwerkstoffen,
wie keramische Magnetwerkstoffe, um sehr spröde Platten handelt, die sich nur schwer
bearbeiten lassen und leicht brechen, ist es schwierig, die großen Magnetflächen
allseits mit geringen magnetischen ObergangswiderstEnden an den Poilcernen und im
Maschinengehäuse anzuordnen. Weiterhin ergeben sich bei der Herstellung der Magnetplatten
große Toleranzen in den Abmaßen.
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Durch besondere Herstellungsverfahren oder ein entsprechendes Planschleifen
der Magnetflächen können diese Schwierigkeiten zwar teilweise vermieden werden,
Jedoch lassen sich die Toleranzen schwerlich soweit verringern, daß amine radiale
Anordnung einer größeren Anzahl Magnetplatten (gemäß der deutschen Patentanmeldung
AS 1 174 418) in einem geschlossenen Maschinengehäuse
möglich wird,
ohne daß hierbei an unbestimmbaren Stellen größere magnetische übergangswiderstände
entstehen, die unter anderem eine störende Unsymmetrie bewirken -können. Auch bei
gut eingepaßten Bauteilen ist ein Ablösen der Magnetplatten nur schwer zu vermeiden,
da bei hoher Wärmebeanspruchung' mit örtlich unterschiedlicher Kühlung durch die
unterschiedliche Ausdehnung und Ausdehnungskoeffizienten ein Lockern nicht immer
vermieden-werden kann. Durch die erfindungsgemäße Anordnung mit nur wenigen Magnetplatten
zwischen den Polkernen in Maschinen mit kleiner Polzahl können die Toleranzen hingegen
wesentlich leichter derart klein gehalten werden, däß z.B. ein Aufschrumpfen des
Maschinengehäuses möglich wird.
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Durch den erfindungsgeinäßen Aufbau werden weiterhin die FluR-wege
weitgehend gleichmäßig beansprucht, sodaß sich eine sehr günstige Material- und
Volumenausnutzung ergibt. Durch die nahezu völlige Abdeckung der Polkernfüße mit
Magnetplatten wird dabei ein störender Streufluß weitgehend unterbunden.
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Bei einer Verwendung von gleichaxtigem Magnetmaterial für die Haupt-
und Zusatzmagnetplatten wird eine besonders günstige Magnetflußverteilung erzielt,
wenn die Zusatzmagnetplatten annähernd die doppelte Stärke wie die Hauptmagnetplatten
aufweisen. Um auch bei größeren Maschinen und größeren Toleranzen eine Auflage der
Magnetflächen unter annShernd gleichmäßig verteiltem Druck zu bewirken, kann es
von Vorteil sein, das Gehäuse in Achsrichtung der Maschine zu teilen, wobei die
Stoßstellen der Gehäuseteile annähernd in der Mitte entlang der Hauptmagnet platten
verlaufen. Bei entsprechender Ausbildung insbesondere des Gehäuses kann dann z.B.
durch eine Verschraubung ein entsprechender Auflagedruck bewirkt werden, ohne daß
ein Brechen oder Splittern des spröden Magnetmaterials erfolgt.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausbildungenwerden * anhand
der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch eine erfindungsgemäße Maschine, Fig.
2 ein teilbares Gehäuse für eine sechspolige Maschine, Fig. 3 ein Teilquerschnitt
durch eine vierpolige'Maschine und Fig. 4 einen Schnitt durch ein Gehäuseteil.
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In einem sechseckigen Gehäusezylinder 1 sind an sechs gleichförmigen
Innenwandebenen 2 sechs Hauptmagnetplatten 3 mit wechselseitiger Polung angelegt,
auf denen tangential stark verbreitert ausgebildete Fußflächen sechs kurzer Eisenpolkerne
4 aufliegen. Die inneren Enden der Polkerne 4 sind in bekannter Weise derart ausgebildet,
daß sich zwischen dem Rotor 5 und den Polenden der erforderliche Luftspait ergibt.
Die seitlichen Schaftflächen benachbarter Polkerne 4 bilden parallele Ebenen, deren
Zwischenraum voneinander durch Je eine weitere kleinere Magnetpiatte 7 aus gleichem
Material mit annähernd doppelter Stärke oder Je zwei Magnetplatten gleicher Stärke
wie die Hauptmagnetplatten weitgehend ausgefüllt wird. Die dem Jeweiligen Polkern
zugewandte Magnetfläche weist die gleiche Polung auf wie die jeweilige Hauptmagnetplatte.
Bei entsprechend kleinen Toleranzen der Piattenstärken - insbesondere der kleineren
Magnetplatten 7, die z.B. durch ein entsprechendes Planschleifen der Magnetflächen
erzielt werden können - sowie einer formgetreuen Ausbildung der Polkerne kann bewirkt
werden, daß ein vorerwärmter Gehäusemantel, über die M.agnet- und Polanordnung geschoben,
nach dem Abklfhlen'einen beständigen auf alle Magnetplatten verteilten Druck ausübt.
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Bei stark unterschiedlic-her Wärmebeanspruchung und größeren Maschinen
kann es von Vorteil sein, das Gehäuse 1 ziB. entsprechend dem teilbaren Gehäuse
in Fig. 2 auszubilden. Das Gehäuse für eine sechspolige Maschine ist-hier in drei
gleichförmige Teile 21; 22; 23 aufgeteilt, wobei die Stoßstellen 24 längs der Maschinenachse
entlang der Mitte Jeder zweiten Hauptmagnetplatte (3) verlaufen. Durch eine entsprechende
Verschraubung in vom Gehäuse etwas abstehende Laschen 25 können nicht nur Fertigungstoleranzen
ausgeglichen werden, sondern auch z.B. mittels Federscheiben Ausdehnungsschwankunge,n
ausgeglichen werden. Um eine. gleichmäßigere Druckverteilung zu erhalten, können
die nichtgeteilten Innenflächen 26 des Gehäuses vor der Montage leicht nach innen
vorgebogen und nach einer Verschraubung zweier Gehäuseteile die Innenfläche der
zusammengefügten Stoßstelle nachgearbeitet werden. Durch einen entsprechenden Abstand
der Verschraubstelle 27 vom Gehäuse kann dann ein Druck in Richtung zum GehäIiseinnern
auch in StoRstellennähe bewirkt werden. Damit kein Verschieben der Stoßstellen möglich
ist und zur Montageerleichterung können die Stoßstellen mit Führungsstiften (76)
gestiftet sein, entsprechende Vorsprünge aufweisen oder die Verschraubung mit Paßschråuben
erfolgen.
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In Fig. 3 ist eine vierpolige Maschine mit zweigeteiltem Gehäuse 30
dargestellt, welche die gleiche Mågnetplatten- und Polkernanordnung aufweist. Auch
hier unterbinden kleinere, zusätzliche Magnetplatten 31 ein inneres Streufeld zwischen
den Polkernen und vergrößern gleichzeitig die wirksame Magnetfläche.
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Die Hauptmagnetplatten 32 sind entlang der Gehäusestoßstelle 33 in
zwei gleichartige Magnetplatten aufgeteilt oder mit einer schlitzartigen Sollbruchstelle
versehen, die ein eventuelles Brechen der Hauptmagnetplatten bei der Montage entlang
der Stoßstelle sicherstellt. Durch einen an gleicher Stelle entlang der Gehäusestoßstelle
33 im Polkern 34 vorgesehenen kleinen Schlitz 35 kann auch der Polkern einen Teil
der Fertigungstoleranzen
und Ausd ehnungsunterschi ede aufnehmen.
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In Fig. 4 ist ein Schnitt durch ein Gehäuseteil 40 dargestellt, das
durch ausgewölbte Gehäuseecken 41 und plangeachliffene Innenwandflächen eine flache
Auflage der gleichfalls pXangeschliffenen Magnetplatten erleichert.
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Die sich durch Toleranzen bei der Montage ergebende unter.
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schiedliche Lage und/oder Form der Luftspaltflächen der Polkerne kann
durch ein nachträgliches Ausdrehen oder Honen leicht ausgeglichen werden.
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Die Befestigung der Magnetplatten und Polkerne kann auch durch ein
Verkleben z.B. durch Einspritzen eines aushärtenden Klebers in die äußeren Hohlräume
erfolgen. Insbesondere bei gr¢ßeren Maschinen können die Hauptmagnetplatten 3; 32
auch aus mehreren Teilplatten bestehen, die in einer Ebene zu einer Gesamtp atte
zusammengefügt sind. Hierbei können dann die Außenkanten der einzelnen Teilplatten
insbesondere an ihren Ecken derart ausgebildet sein, daß sich zwischen den Fügestellen
Aussparungen ergeben, durch weiche Defestigungselemente wie w.B. Schrauben von außen
in die Polkerne eingreifen, die eine sichere Befestigung der Polkerne und Maynetpiatten
ermöglichen.