DE2727827C2

DE2727827C2 - Ringmagnetanordnung

Info

Publication number: DE2727827C2
Application number: DE2727827A
Authority: DE
Inventors: Shokichi Tokyo Kumakura
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-06-21
Filing date: 1977-06-21
Publication date: 1982-02-25
Also published as: GB1580574A; NL7706859A; FR2356301A1; DE2727827A1; US4227105A; NL179172C; FR2356301B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ringmagnetanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekanntlich können in elektromagnetischen Maschinen Kerarnikpermanentmagnete. beispielsweise solche aus Ferrit, verwendet werden. Ein Keramikmagnet kann in Radialrichtung magnetisiert werden und hat d'e Polflächen an sich selbst. Er kann nun entlang einem parallel zu den Polflächen verlaufenden Weg eine hohe Reluktanz aufweisen, so daß keine Notwendigkeit besteht, einen winkelmäßigen Abstand zwischen den Polschuhen oder überhaupt Polschuhe vorzusehen, die bei Verwendung der üblichen Alnico-Magnete erforderlich sind. Wegen der Schwierigkeit, einen ein/einen radial magnetisierten Keramikmagnetring herzustellen, muß eine Mehrzahl bogenförmiger keramischer Magnete bei Anwendungen wie für eine elektrische Maschine zu einer Ringanordnung zusammengesetzt werden.

Die Verwendung einer Ringanordnung bogenförmiger Magnete in einer elektromagnetischen Maschine ist bekannt (FR-OS 22 10 036). Zur Halterung der so angeordneten Permanentmagnete ist es speziell bekannt (US-PS 36 63 850). sie anfänglich entlang der Innenseite eines ringförmigen Haltebandes so anzuordnen, daß zwischen den Enden benachbarter Magnete ein Zwischenraum Verbleibt, in den elastische Abstandst stücke ödef Federglieder eingesetzt werden. Diese Glieder Üben eine Drückkraft auf die benachbarten Enden der Magnete aus, die somit fest gegen das ringförmige Band gehalten Werden, so daß eine selbsthaltende Vormontageeinheit entsteht, Die so gebildete Vörniönlageeinheit wird gegen eine ringförmige Innenfläche der Maschine von gleichem Durchmesser wie das Band angelegt und das Band wird entfernt, wodurch die Ringanordnung der Magnete in fester Anordnung an der Maschinenfläche verbleibt.
Die beschriebene Anordnung erfordert die aufeinanderfolgende Einfügung der Abstandsstücke oder Federn in die Zwischenräume zwischen den aufeinanderfolgenden Nachbarmagnetpaaren, wobei das letzte einzusetzende Stück unter vorübergehender Überwinaung der

ίο Druckkraft eingefügt werden muß, die von den einander gegenüberliegend angeordneten Magneten aufgebracht und von den bereits montierten Federn ausgeübt wird. Zur Sicherstellung eines zwangsläufigen Festhalteeffekts müssen die Abstandsstücke oder Federn relativ groß und aus einem Material sein, das für eine lange Lebensdauer haltbar ist. Zwischen den Magneten wird deshalb ein vergrößerter Zwischenraum benötigt, was die Verwendung einer Anordnung von sehr vieien, einen nur kleinen Abstand voneinander aufweisenden Magneten ausschließt Da die beschriebene Anordnung sich gegen eine sie umgebende Fläche abstützt, kann sie nicht auf einem innen befindlichen Rotor oder Stator montiert werden.

Es ist auch bekannt (DE-OS 19 42 855, DE-AS 11 39 197, DD-PS 8 346), in ein Gehäuse einzusetzende Permanentmagnetsegmente oder andere magnetische Segmente formschlüssig, durch Verschrauben, durch Verkleben oder durch Verkitten zu befestigen.

Eine derartige Anordnung ist in der Herstellung ungünstig und im Betrieb mangelhaft. Die Art der Herstellung läßt eine Montage der Ringmagnetanordnung durch ungelernte Kräfte oder auch eine Reparatur in einer einfachen Fahrradwerkstatt als unmöglich erscheinen, da die Verklebung bei zusätzlich genauer Einhaltung eines dünnen radialen Luftspalts erhebliche Sorgfalt oder apparatemäßige Hilfsmittel erfordern würde, oder aber ein anschließendes Rundschleifen erforderlich machen würde. Eine präzise und einfache Montage ist nur möglich, wenv es sich bei der Ringmagnetanordnung um ein fertiges Bauteil handelt, das zentriert einsetzbar ist. Im Lauf eines längeren Betriebs pflegen weiterhin Klebeschichten, beispielsweise Kunststoffkleber, die Ferritbauteile zusammenzuhalten, durch Belastung, thermisches Spiel und Alterung an Festigkeit zu verlieren, so daß schließlich beispielsweise im Fall eines rotierenden Bauteils die Zentrifugalkraft das betreffende Segment herausreißen kann.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine leicht handhabbare und doch zur

ω Erzielung eines genauen schmalen Luftspalts einsetzbare Ringmagnetanordnung zu schaffen. Diese Aufgabe ν ird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst. Demnach stellt die erfindungsgemäße Ringmagnetanordnung ein separates Bauteil dar. das als fertiges, rundes Bauteil geliefert wird, insofern ohne weitere Schwierigkeiten sowohl außerhalb eines innen liegenden als auch innerhalb eines außenliegenden Luftspalts prä/is einbaubar bzw austauschbar ist und an den Luftspalt unmittelbar mit den Magnetpolflächen angrenzt. Da die einzelnen Magnetsegmente hierbei formschlüssig gehalten sind, braucht ein späteres Lösen einer Klebeschicht nicht befürchtet zu Werden,

Im Rahmen der Erfindung umfaßt also der Rahmen zwei Ringteile, die die gegenüberliegenden Seiten der ringförmigen Anordnung der Magnete stramm ümfas* sen, sowie Stege, die sich durch rinnenförmige Vertiefungen am Rande zwischen den Magneten erstrecken und die beiden Ringteile miteinander

verbinden. Die Außenfläche der Stege fluchtet mit der zweiten größeren Fläche der Permanentmagnete, wobei diese zweite größere Fläche im allgemeinen dem Luftspalt zugewandt ist. Aufgrund dieser Konstruktion kann die Luftspaltbreite zwischen dieser zweiten ϊ größeren Fläche der Permanentmagnete und dem Stator bzw. Rotor minimalisiert werden. Die dem Luftspalt abgewandte Seite der Ringmagnetanordnung kann hierbei uhne weiteres durch magnetisierbare Platten oder ein die gesamte Anordnung umlaufendes magnetisierbar Band bedeckt sein, das als magnetisches Joch dient, so daß auch auf der Magnet-Rückseite die Luftstrecken minimal gehalten werden können und der magnetische Widerstand sich also in Grenzen hält

Da die Permanentmagnete mit ihren Seitenflächen, die durch die rinnenartigen Vertiefungen etwas reduziert sind, Ende an Ende aneinanderliegen, kann die Zahl der gebildeten magnetischen Pole sehr hoch sein und eine hohe Wirksamkeit der Maschine selbst bei niedriger Drehzahl erreicht werden. >n

Es sind zwar Kunsistoffkäfige für die Blechpakete elektrischer Maschinen bekannt (DE-GM 18 U) 208), die ebenfalls zwei nichtmagnetische Ringteile an den axial gegenüberliegenden Seiten des Blechpakets aufweisen, die Teile eines die Bleche starr miteinander verbinden- >ϊ den Rahmens sind, der weiterhin die beiden Ringteile verbindende Stege umfaßt, die sich durch rinnenartige Vertiefungen in der Außenfläche des Blechpakets erstrecken. Da sich jedoch die zum Paket zusammenzufassenden Bleche, die jeweils aus einer eine Radialebene «1 einnehmenden Ringscheibe bestehen und Ausstanzungen für die Stege des Käfigs aufweisen, von den segmentförmigen Permanentmagneten unterscheiden, aus denen die Ringmagnetanordnung geschaffen werden soll, in der die Permanentmagnete umfangsmäßig aneinandergehängt werden sollen, gibt der bekannte Kunststoffkäfig dem Fachmann keine Anregung, ihn unter entsprechender Modifizierung zum formkonstanten Zusammenhalten der Permanentmagnete als Vorbild zu wähLn.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Fahrradstromgenerator mit einem Rotor, auf dem die Ringmagnetanordnung montiert ist;

Fig 2 einen TeillängSGchnitt entsprechend Γ i g. I eines ähnlichen Fahrradstromgenerators, bei dem jedoch die Ringmagnetanordnung an seinem Stator montiert ist;

F i g. 3 eme perspektivische Ansicht der Ringmagnetanordnung gemäß den F 1 g. 1 oder 2;

F i g. 4 einen Teilquerschnitt in einer Ebene 4-4 in Fig. 3.

Fig. 5 und 6 Teilquerschnitte entsprechend Fig. 4 anderer Ausführungsformen der Ringmagnetanordnung zur Verwendung in einem Generator nach Fig. 1; und

Fig. 7 einen Teilquerschnitt einer weiteren Ausführungsform der Ringmagnetanordnung zur Verwendung in einem Generator nach F i g. 2.

Ein Fahrradstromgenerator 1, ein sogenannter »Dynamo«, enthält eine erfindungsgemäße Ringmagnetanordnung 2 aus bogenförmigen Magneten mit jeweils einer Mehrzahl voll einander abwechselnden Nord' und Südpolen. Eine Nabenscheibe 3 des Fahrrads weist einen Rand 4 auf, an dtfasen ringförmiger Innenfläche mil ihrer ersten größeren Fläche_f nämlich ihrer Außenfläche, die Ringmagnetanordnung 2 beispielsweise mit Hilfe eines Haftmittels befestigt ist. Der Generator umfaßt einen Stator 5, der konzentrisch innerhalb der Ringmagnetanordnung 2 mit einem schmalen Spalt dazwischen angeordnet ist

Die Fahrradnabe 6 weist einen Montageflansch 7 auf, an dem die Nabenscheibe 3 festsitzt. Die Nabe 6 ist drehbar auf einer in bekannter Weise in einem Rahmen 8 montierten Achse 9 über zwei Kugellager 10, 11 angeordnet Sie weist an einem Ende einen mit Löchern 13 versehenen Flansch 14 auf, die der Verankerung von Speichen 12 dienen. Ein weiterer Satz Speichen 15 ist in Löchern 16 in einem kleinen Flansch 17, der sich vom Ende des Rands 4 wegerstreckt, verankert

Zwischen einer stationären Laufbahn 18 des Lagers 10 und einer Spannmutter 19, die beide auf die Achse 9 aufgeschraubt sind, ist eine stationäre Trommel 20 festgehalten, die aus einem nichtmagnetischen Material wie Aluminium bestehen kann und einen ringförmigen Rand 21 aufweist, auf dessen Auße Hache etwa durch ein Klebemittel der Stator 5 befesiigf ist, der einen üblichen Aulbau aufweist Kurz dargestellt umfaßt er zwei komplementäre Kernkörper 22,23, die gemeinsam einen hohlen ringförmigen Kern bilden und an ihrer äußerer Umfangsfläche mit einer Vielzahl von ineinandergreifenden kammartigen Polschuhen ausgebildet sind, ferner eine auf einem Spulenkörper 24, der in den hohlen Zwischenraum zwischen den Kernkörpern 22 und 23 eingepaßt ist. sitzende Spule 25, deren Wicklung konzentrisch zum Kern ist. Die Polschuhe der Kernkörper 22,23 haben einen kleinen Abstand von der Innenfläche der Ringmagnetanordnung 2, die dessen zweite größere Fläche ist.

Gemäß F i g. 3 besteht die erfindungsgemäße Ringanordnung aus einem Ring von bogenförmigen Permanentmagneten 29, die Ende an Ende aneinanderliegen und Vertiefungen 34, 35 (Fig.4) mit dreieckigem Querschnitt aufweisen, die sich sowohl in der Au Genfläche als auch in der Innenfläche des Magnetrings zwischen benachbarten Magneten befinden, und aus eir.m Rahmen 41 zum starren Halten der Ringanordnung. Zum Rahmen 41 gehören zwei Ringteile 30, 31. die die entgegengesetzten Seiten der Ringanordnung ergreifen, und Stege 32, 33. die sich jeweils durch die rinnenförmigen Vertiefungen 34 bzw. 35 erstrecken und die beiden Ringteile 30 und 31 miteinander verbinden. Jeder Permanentmagnet 29 besteht aus Keramikmaterial, das in bekannter Weise im Magnetfeld so gebildet worden ist, daß es in radialer Richtung der Ringanordnung magnetisiert ist. An ihrer Außenfläche und an ihrer Innenfläche ist die Ringanordnung mit einer Mehrzahl alternierender Nordpo'e und Südpole versehen Die gegenüberliegenden Enden der einzelnen Magnete 29 sind zur Bestimmung der Vertiefungen /u einer sich verjüngenden Fotm geschliffen. Der RahntPn 41 ist so hergestellt, daß ein Harz in eine Form eingegossen wird, in der die Ringanordnung der Magnete 29 sorgfaltig positioniert ist. Die beiden Ringteile 30 und 31 können eine Radialerstre^kung gleich derjenigen der Anordnung 2 aufweisen:

Beim Generator 1 nach F i g. 1 dreht eich die Ringmagnetanordnung 2 zusammen mk der Nabenscheibe 3 und an der Spule 25 am Stator 5 wird unter dem Einfluß des von den Magneten 29 erzeugten Magnetfelds eine Spannung induziert. Da sich die Nabenscheibe 3 mit einer Umdrehungszahl in der Größenordnung von 120 Upm dreht, ist es erwünscht, daß der Generator eine hohe magnetische Effizienz

aufweist. In dieser Hinsicht ist die erhältliche Magnetpolzahl in der Anordnung sehr hoch und ist gleichzeitig die Nabenscheibe 3 mil dem Rand 4 aus rriagnetisierbarem Material hergestellt, so daß der Rand als Magnetpfad minimaler Länge zwischen den benachbarten Magnetpolen liegt und somit den Streufluß erniedrigt.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist mit der Trommel 20 eine Deckplatte 26 verbunden die verhindert, daß Fremdkörper ihren Weg in den Spalt zwischen der Ringmagnetanordnung 2 und dem Stator 5 finden. Ein Ende 37 der Deckplatte 26 ist mit Abstand in eine Stufe 36 aufgenommen, die im Ringteil 31 der Ringmagnetanordnung 2 gebildet ist. Zwischen dem Stator 5 und der Deckplatte 26 befindet sich ein Abstandsstück 27 aus nichtmagnetischem Material. Die Deckplatte 26 trägt Klemmen 28 (von denen nur eine dargestellt ist) zum Anschluß von Leitungsdrähten an de/SpuIe 25 durch das Abstandsstück 27 hindurch.

Beim Generator nach F i g. 2 ist die erfindungsgemäße Ringmsignetanordnung 2 an dessen Stator befestigt. Ihre erste größere Fläche ist die Innenfläche und ihre zweite größere Fläche ist die Außenfläche. Teile entsprechend den Teilen nach F i g. t sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Generator nach Fig.2 weist einen Rotor 50 auf, dessen ringförmige Kern- und Spulenanordnung derjenigen nach Fig. 1 gleicht. Der Rotor 50 ist um die ringförmige Innenfläche des Rands 4 unter Zwischenlage eines Abstandsstücks 38' aus nichtmagnetischem Material angeordnet Die Ringmagnetanordnung 2 mit gegenüber F i g. 1 unveränderter Konstruktion wird vom Rand 21 der Trommel getragen, der in diesem Fall aus magnetisierbarem Material besteht. Bei einem derartigen Generator muß eine Schleifringanordnung zum Abnehmen der Ausgangsspannung vom Rotor 5 vorhanden sein, die jedoch zur

¹V übersichtlicheren Darstellung nicht eingezeichnet ist.

Fig.5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Ringmagnetanordnung 2. Bei dieser Ausführung gchö* fen ebenfalls die Stege 32 und 33 zum Rahmen 41. An der Außenfläche jedes Magnets 29 ist eine Platte 38 aus

ίο magnetisierbarem Material aufgeklebt. Bei Verwendung dieser Ringmagnetanordnung 2 beim Generator nach F i g. 1 kann die Nabenscheibe 3 aus nichtmagnetischem Material bestehen.

Fig.6 zeigt eine abgewandelte Magnetartofdnung, die derjenigen nach Fig.3 entspricht mit der Ausnahme, daß die Stege 32 durch ein ringförmiges Band 39 aus magnetisierbarem Material ersetzt sind, das die Außenfläche der Anordnung überdeckt. Diese Anordnung kann im Generator nach Fig. 1 Anwendung finden.

Fig.7 zeigt eine Abwandlung der Ausführung nach Fig.6 dahingehend, daß ein ringförmiges Band 40 aus magnetisierbarem Material an der Innenfläche der Anordnung angebracht ist. Diese Anordnung kann im Generator nach F i g. 2 Verwendung finden.

Die Ringmagnetanordnung nach Fig.6 oder nach F i g. 7 kann so hergestellt werden, daß das Band 39 bzw. 40 in der Gießform angeordnet wird und eine Ringanordnung der bogenförmigen Magnete 29 entlang

jo der Außenfläche bzw. der Innenfläche des Bands angelegt wird, bevor das Harz in die Gießform gegossen wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ringmagnetanordnung als Stator oder Rotor einer elektromagnetischen Maschine zur Erzeugung von deren Magnetfeld, zur Montage auf einer ringförmigen oder zylindrischen Fläche der elektromagnetischen Maschine, mit einer Mehrzahl von bogenförmigen Permanentmagneten, die Seite an Seite unter Bildung einer ringförmigen Anordnung unmittelbar aneinanderliegen und jeweils eine erste und eine zweite größere Fläche aufweisen, von denen die erste größere Fläche in Anlage an die ringförmige oder zylindrische Maschinenfläche zu bringen ist, wobei zwei nichtmagnetische Ringteile an den gegenüberliegenden Seiten der Ringanordnung stramm angreifen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden nichtmagnetischen Ringteile (30, 31) Teile eines die Magnete starr miteinander verbindenden Rahmens (41) aus nichtmagnetiscri»:m Material sind, der weiterhin die beiden Ringteiie miteinander verbindende Stege (32, 33) umfaßt, die sich durch rinnenartige Vertiefungen (34, 35), die in der zweiten größeren Fläche an den jeweiligen am Nachbarmagnet anliegenden Seiten der Magnete durch Schnittflächen an diesen Seiten gebildet sind, erstrecken und deren Außenflächen mit der zweiten größeren Fläche fluchten.

2. Ringmagnetanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (41) weitere Stege (32, 33) umfaßt, die sich durch weitere Vertiefunge'· (34, 35) erstrecken und ebenfalls die beiden Ringteile (30,31) miteinander verbinden.