DE4005987C2

DE4005987C2 -

Info

Publication number: DE4005987C2
Application number: DE4005987A
Authority: DE
Inventors: Katsuji Soeda; Shuzo Otsuki; Masaru Sukagawa Jp Wada
Original assignee: Yamamoto Electric Corp
Current assignee: Yamamoto Electric Corp
Priority date: 1989-08-29
Filing date: 1990-02-26
Publication date: 1993-05-13
Also published as: DE4005987A1; US5200729A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Magneti sierung eines Permanentmagneten, der einen unmagnetischen Flußbereich oder einen Bereich mit schwachem Magnetfluß zwi schen benachbarten Polen aufweist und der zur Verwendung ins besondere in einem Anker oder einem Feldsystem eines Elektro motors geeignet ist.

Ein Elektromotor ist ein typisches Beispiel einer Vorrich tung, die einen durch abwechselnd und kontinuierlich ausge bildete N- und S-Pole gebildeten Permanentmagneten hat. In einem Gleichstrommotor ist beispielweise ein zylindrischer oder scheibenförmiger Permanentmagnet für ein Feldsystem oder einen Anker des Motors verwendet worden. Im Fall des zylindri schen oder scheibenförmigen Permanentmagneten, der z. B. vier Magnetpole aufweist, sind diese Magnetpole in der Weise ver teilt, wie das in der beigefügten Fig. 1A bzw. 1B gezeigt ist, wobei die Feldstärke in Umfangsrichtung die in Fig. 2 dargestellte Ausbildung hat.

Da, wie der Fig. 2 deutlich zu entnehmen ist, kein unmagneti scher Flußbereich oder kein Bereich mit schwachem Magnetfluß zwischen benachbarten Magnetpolen vorhanden ist, ist es schwierig, die Leistungsfähigkeit und die Kennwerte von Elektromotoren zu verbessern.

Fig. 3A zeigt ein typisches Beispiel einer Vorrichtung, um den herkömmlichen Permanentmagneten mit vier Polen, der in Fig. 1A gezeigt ist, zu magnetisieren, und Fig. 3B zeigt die Arbeitsweise der in Fig. 3A dargestellten Vorrichtung aus einem Magnetjoch 20, das bevorzugterweise aus einem ferromagnetischem Material gebildet ist, und einer Magnetspule 22, die über einen Schalter 28 an eine Gleichstromquelle 26 angeschlossen ist. Ein zu magnetisierendes Objekt 24 aus einem magnetischen Material ist z. B. zylindrisch ausgestaltet. Die Spule 22 wird um jedes der vorspringenden Teile 20a-20d des Magnetjochs 20 geschlungen. Ein Gleichstrom wird zum augenblicklichen Fließen in der Spule 22 gebracht, so daß ein Magnetfluß beispielsweise vom Vorsprung 20b in den Vorsprung 20a durch das zu magnetisierende Objekt 24 fließt, wie in Fig. 3B angedeutet ist. Als Ergebnis dessen wird an dem zu magnetisierenden Objekt 24 eine derartige Magnetisierung bewirkt, daß S- und N-Pole in Bereichen 24a und 24b des Objekts 24 gebildet werden. Die durch die Magnetisierung hervorgerufene Feldstärke hat die in Fig. 3C gezeigte Verteilung. Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, existiert kein unmagnetischer Flußbereich oder kein Bereich mit einem schwachen Magnetfluß.

Um einen Bereich mit schwachem Magnetfluß zwischen benachbarten Polen zu erzeugen, wurden deshalb üblicherweise solche Permanentmagnete verwendet, die in den Fig. 4A, 4B, 5A, 6A und 6B gezeigt sind. Dabei sind mehrere Permanentmagnetstücke, die voneinander getrennt sind und jeweils einen Pol aufweisen, mit Hilfe von Klebemitteln, metallischen Verbindungsteilen od. dgl. aneinandergesetzt.

Derartige Permanentmagnete bilden Anker von Elektromotoren. Fig. 4a und 4B zeigen einen Anker, bei dem Permanentmagnetstücke unter Verwendung von gepreßten Metallverbindungsteilen befestigt sind. Fig. 4A ist ein Querschnitt längs der Linie A-A der Seitenansicht von Fig. 4B, wobei Permanentmagnetstücke 2 an einem Joch 8 mit Hilfe von gepreßten Metallverbindungsstellen 4, die Gewindestücke aufweisen, befestigt sind. Eine Drehwelle ist mit der Bezugszahl 6 bezeichnet.

Hierbei bilden die gepreßten Metallverbindungsteile Bereiche mit einem schwachen Magnetfluß. Da es aber schwierig ist, die Permanentmagnetstücke mit Hilfe der Metall-Verbindungsteile festzulegen, ist die Arbeitsleistung mäßig und folglich steigen die Kosten. Fig. 5A und 5B sowie 6A und 6B zeigen Anker, bei denen Permanentmagnetstücke mit Hilfe eines Bindedrahtes bzw. einer dünnen Röhre aus rostfreiem Stahl befestigt werden. Fig. 5B und 6B sind Querschnitte entlang der Linien A-A der in Fig. 5A bzw. 6A gezeigten Stirnansichten. Gemäß Fig. 5 und 6 sind Permanentmagnetstücke 2 an Jochen 8 durch einen Bindedraht 10 aus rostfreiem Stahl bzw. eine dünne Röhre 12 aus rostfreiem Stahl fest angebracht. Obwohl die Teile aus rostfreiem Stahl zwischen den Magnetstücken Bereiche mit einem schwachen Magnetfluß bilden, ist in beiden Fällen die Befestigungsarbeit mühsam und schwierig, so daß erhöhte Kosten verursacht werden. Zudem ist die Magnetkraft des Permanentmagneten wegen der Verwendung des Bindedrahtes oder der Röhre herabgesetzt, da der Abstand zwischen dem Anker und einem Feldsystem auf Grund der Dicke des Bindedrahtes oder der Röhre vergrößert ist, so daß die Leistung des Ankers vermindert wird. Ferner bestehen die Mög lichkeiten, daß Verklebungsteile einem Verfall durch Zeital terung unterliegen oder Befestigungsteile durch Vibrationen gelockert werden, wodurch Permanentmagnetstücke sich vom Joch lösen können.

Aus der US 46 14 929 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Magnetisierung eines Permanentmagneten bekannt, die aus einem einzelnen Teil eines magnetischen Materials mit einer Mehrzahl von ersten und zweiten Vorsprüngen eines magnetischen Materials besteht, die an der einen Fläche des einzelnen Teils aus Magnetmate rial alternierend in einer Reihe einstückig ausgebildet sind, wobei eine über einen Schalter mit einer Gleichstromquelle verbundene Spuleneinrichtung in Serie kontinuierlich um alle ersten und zweiten Vorsprünge gewunden ist und die auf die ersten Vorsprünge und auf die zweiten Vorsprünge gewickelten Windungen der Spuleneinrichtung zueinander in der Wicklungs richtung entgegengesetzt sind, so daß, wenn zur Erzeugung von N- und S-Polen ein zu magnetisierendes Objekt in Gegenüber lage zu der genannten einen Fläche des einzigen Teils aus Ma gnetmaterial angeordnet und der Schalter augenblicklich ge schlossen wird, einer der N- und S-Pole in einem Bereich des zu magnetisierenden Objekts in Gegenüberlage zu jedem der er sten Vorsprünge erzeugt wird und der andere der N- und S-Pole in einem Bereich des zu magnetisierenden Objekts in Gegen überlage zu jedem der zweiten Vorsprünge gebildet wird.

Die DE 29 07 898 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Magnetisierung eines Permanentmagneten mit einer ersten Magnetfluß-Erzeuger einrichtung, die auf einer Fläche eines einzigen Teils aus einem magnetischen Material zur Erzeugung eines N-Pol-Magnet flusses angeordnet ist, und einer zweiten Magnetfluß-Erzeuger einrichtung, die benachbart zur ersten Magnetfluß-Erzeuger einrichtung auf der genannten einen Fläche zur Erzeugung ei nes S-Pol-Magnetflusses angeordnet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Magnetisierung eines Permanentmagneten vorzustellen, mit der auf einfache und kostengünstige Weise Permanentmagneten magnetisierbar sind, die eine hohe Zuverlässigkeit und eine verbesserte Leistung aufweisen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1, 7 und 8 jeweils an gegebenen Maßnahmen gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprü che.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie len unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1A und 1B herkömmliche Permanentmagnete;

Fig. 2 die Verteilung der Magnetfeldstärke in den Permanentmagneten der Fig. 1A und 1B;

Fig. 3A, 3B und 3C Darstellungen zur Erläuterung eines typischen Beispiels einer Vorrichtung zur Magnetisierung des herkömmlichen Permanentmagneten;

Fig. 4A bis 6A Darstellungen zur Erläuterung von Befestigungsverfahren, die bei herkömmlichen Permanentmagneten zur Ausbildung von Bereichen mit einem schwachen Magnetfluß zur Anwendung kommen;

Fig. 7A und 7B Ansichten von typischen Beispielen eines Permanentmagneten, der mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung magnetisiert wurde,

Fig. 8A bis 8C Darstellungen zur Verteilung der magnetischen Feldstärke der Permanentmagneten von Fig. 7A und 7B;

Fig. 9A und 9B Ansichten einer Vorrichtung zur Magnetisierung eines Permanentmagneten gemäß der Erfindung;

Fig. 10a und 10B Darstellungen zur Erläuterung des Prinzips der Vorrichtung von Fig. 9A und 9B;

Fig. 11 ein Beispiel für eine Kurzschlußwicklung;

Fig. 12 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Magnetisierung eines Permanentmagneten.

Die in Fig. 7A und 7B gezeigten typischen Beispiele eines mittels einer Vorrichtung gemäß der Erfindung magnetisierten Permanentmagneten sind ein zylindrischer und ein scheiben förmiger vierpoliger Permanentmagnet, die zur Verwendung in Ankern oder Magnetfeldsystemen von Elektromotoren geeignet sind.

Der Permanentmagnet gemäß Fig. 7A besteht aus einem einzigen Teil 30 eines magnetischen Materials, bei dem ein N-Pol 30a, ein Bereich von schwachem oder ohne Magnetfluß 30b und ein S-Pol 30c kontinuierlich abwechselnd ausgebildet sind. Der Permanentmagnet gemäß 7B besteht aus einem einzigen Teil 40 eines magnetischen Materials, und ein N-Pol 40a, ein Be reich mit schwachem oder ohne Magnetfluß 40b sowie ein S-Pol 40c sind miteinander abwechselnd fortlaufend ausgebildet.

Fig. 8 zeigt die Verteilung der Magnetfeldstärke eines derartigen Permanentmagneten. Wie zu erkennen ist, liegt der Bereich ohne oder mit schwachem Magnetfluß 30b zwischen den N- und S-Polen. Insofern ist der Permanentmagnet imstande, die Leistungsfähigkeit und Kennwerte eines Elektromotors zu verbessern, wenn er in einem Magnetfeldsystem oder einem Anker des Motors zur Anwendung kommt. Dieses liegt wie vorstehend beschrieben wurde, an den unmagnetischen Flußbereichen oder Bereichen mit einem schwachen Magnetfluß des Permanentmagneten. Weil der Permanentmagnet aus einem einzigen Stück eines magnetischen Materials gebildet ist, ist keine Montagearbeit erforderlich, so daß die Arbeitsleistung gut ist. Zudem ist der Permanentmagnet gegen Vibrationen bei seiner Verwendung standfest, so daß die Zuverlässigkeit hoch ist.

Im folgenden wird auf das Verfahren zur Magnetisierung des Permanentmagneten bzw. auf eine Vorrichtung zur Herstellung eines solchen Permanentmagneten gemäß der Erfindung eingegangen. Fig. 9A ist eine Draufsicht auf ein typisches Beispiel der Vorrichtung zur Magnetisierung eines Permanentmagne ten gemäß Fig. 7A, während die Fig. 9B dieselbe Vorrichtung in einer Perspektivdarstellung zeigt. Elemente, die die glei chen Funktionen wie solche der Fig. 3A bis 3C haben, sind in gleicher Weise bezeichnet.

Gemäß Fig. 9A und 9B ist ein Magnetjoch 20 mit Magnet- Jochvorsprüngen 20a, 20b, 20c sowie 20d und mit Kurzschluß- Jochvorsprüngen 21a, 21b, 21c sowie 21d, die zwischen den magnetisierenden Jochvorsprüngen 20a-20d jeweils angeord net sind, versehen. Um die Kurzschluß-Jochvorsprünge 21a-21d sind jeweils Kurzschlußwicklungen 50a, 50b, 50c und 50d her umgelegt. Jede der Kurzschlußwicklungen 50a-50d besteht aus mindestens einer Windung.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 9A, 9B, 10A und 10B wird das Magnetisierungsverfahren erläutert. Zuerst wird ein Schalter 28 geschlossen, um einen Stromfluß in die Magnetspule 22 fließen zu lassen, so daß in den Magnet-Jochvorsprüngen 20a und 20b ein Magnetfluß F erzeugt wird und ein Teil F₁ des Magnetflusses F durch den Kurzschluß-Jochvorsprung 21b fließt. Damit fließt ein Strom in die Kurzschlußwicklung 50b mit einer Phasenverzögerung von etwa 90° gegenüber dem in der Magnet spule 22 fließenden Strom, so daß ein Magnetfluß F₂ erzeugt wird, um den Magnetfluß F₁ zu tilgen. Insofern werden der Fluß F₁ und der Fluß F₂ im Kurzschluß-Jochvorsprung 21b ge löscht, so daß lediglich ein geringer Anteil des Magnetflus ses durch den Kurzschluß-Jochvorsprung 21b fließt. Somit wer den Bereiche 30b mit einem schwachen oder ohne einen Magnet fluß in den Teilen erzeugt, die den Kurzschluß-Jochvor sprüngen 21a-21d gegenüberliegen, wie in den Fig. 8A-8C zur Verteilung der Magnetfeldstärke gezeigt ist.

Die maximale Magnetfeldstärke H_m und die Breite W eines jeden Bereichs mit schwachem oder ohne Magnetfluß werden in Abhän gigkeit vom Widerstandswert der Kurzschlußwicklung 50, der Breite Y_w (Fig. 10B) des Kurzschluß-Jochvorsprungs 21b, der Spaltgröße Y_G (Fig. 10B) zwischen den jeweiligen Kopfteilen der Kurzschluß- und Magnet-Jochvorsprünge usw. bestimmt.

Das heißt, je geringer der Widerstandswert der Kurzschlußwicklung 50 ist, desto höher ist die Dichte des zu erzeugenden Magnetflusses F₂, so daß der Magnetfluß F₁ in großem Maß gelöscht wird, um die maximale Magnetfeldstärke H_m (A/M) zu schwächen. Je geringer die Anzahl der Wicklungen der Spule 50 oder je kleiner der spezifische Widerstand des Materials der Spule 50 ist, desto kleiner ist die maximale Magnetfeldstärke H_m. Demzufolge ist, wie in Fig. 11 gezeigt, als Kurzschlußwicklung eine Kupferspule mit einer Windung vorzuziehen, die aus einer Kupferplatte gefertigt ist. Je größer die Breite Y_W des Kurzschluß-Jochvorsprungs ist, desto größer wird die Breite W ohne bzw. mit schwachem Magnetfluß.

Ferner ist die Breite W geringer, je größer der Spalt Y_G ist, weil der durch den Kurzschluß-Jochvorsprung tretende Magnetfluß gestreut wird. Demzufolge ist es beispielsweise vorzuziehen, den Spalt Y_G mit 1-2 mm im Fall eines Permanentmagneten zu wählen, der in einem klein bemessenen Elektromotor verwendet werden soll.

Fig. 8A zeigt den Fall, wo der Widerstandswert der Kurzschlußwicklung größer ist als derjenige der Kurzschlußwicklung im Fall von Fig. 8B, während Fig. 8C den Fall zeigt, wo die Breite Y_W größer oder der Spalt Y_G kleiner als im in Fig. 8B gezeigten Fall ist.

Obwohl die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Magnetisierung eines Permanentmagneten, der als ein Anker bei einem Elektromotor verwendet wird, beschrieben wurde, so ist die Vorrichtung nicht auf die Herstellung eines Permanentmagneten für einen Anker begrenzt, sondern kann zur Ausbildung eines Permanentmagneten, der ein Feldsystem eines Elektromotors bildet, dienen. Ferner kann die Vorrichtung zur Magnetisierung beispielsweise eines linearen Permanentmagneten zur Anwendung kommen, der zur Ausbildung eines linearen Feldsystems oder eines linearen Ankers in einem Linearmotor verwendet wird. Die Magnetisiervorrichtung für diesen Fall ist in Fig. 12 dargestellt.

Das heißt, die Vorrichtung zur Magnetisierung von Permanentmagneten ist nicht auf solche zur Verwendung in drehenden und in linearen Elektromotoren beschränkt, sondern kann auf irgendeine Art von Permanentmagneten Anwendung finden, für die eine Ausgestaltung gefordert wird, wobei S- und N- Pole abwechselnd kontinuierlich mit zwischenliegenden Bereichen ohne oder mit einem schwachen Magnetfluß ausgebildet werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Magnetisierung eines Permanentmagneten aus einem einzelnen Teil eines magnetischen Materials mit einer Mehrzahl von ersten und zweiten Vorsprüngen eines magnetischen Materials, die an der einen Flä che des einzelnen Teils aus Magnetmaterial alternierend in einer Reihe einstückig ausgebildet sind, wobei eine über einen Schalter mit einer Gleichstromquelle verbun dene Spuleneinrichtung in Serie kontinuierlich um alle ersten und zweiten Vorsprünge gewunden ist und die auf die ersten Vorsprünge und auf die zweiten Vorsprünge gewickelten Windungen der Spuleneinrichtung zueinander in der Wick lungsrichtung entgegengesetzt sind, so daß, wenn zur Erzeu gung von N- und S-Polen ein zu magnetisierendes Objekt in Ge genüberlage zu der genannten einen Fläche des einzigen Teils aus Magnetmaterial angeordnet und der Schalter augenblicklich geschlossen wird, einer der N- und S-Pole in einem Bereich des zu magnetisierenden Objekts in Gegenüberlage zu jedem der ersten Vorsprünge erzeugt wird und der andere der N- und S- Pole in einem Bereich des zu magnetisierenden Objekts in Ge genüberlage zu jedem der zweiten Vorsprünge gebildet wird, gekennzeichnet durch
eine Mehrzahl von dritten Vorsprüngen (21a, 21b, 21c, 21d) eines magnetischen Materials, die an der einen Fläche des einen Teils aus Magnetmaterial einstückig derart ausgebildet sind, daß jeder der dritten Vorsprünge zwischen zwei zugeord neten, einander benachbarten ersten und zweiten Vorsprüngen angeordnet ist, wobei die ersten, zweiten und dritten Vor sprünge eine abwechselnde Anordnung aufweisen, und eine Mehrzahl von Kurzschlußwicklungen (50), die jeweils um einen entsprechenden der dritten Vorsprünge (21) gewunden sind, wobei bei der Erzeugung der N- und S-Pole ein Bereich ohne einen oder mit einem schwachen Magnetfluß in einem Be reich des zu magnetisierenden Objekts in Gegenüberlage zu je dem der dritten Vorsprünge gebildet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfteile der ersten und zweiten Vorsprünge (20) im wesentlichen gleiche Höhe untereinander aufweisen, während die Höhe der Kopfstücke der dritten Vorsprünge (21) niedriger als die Höhe der Kopfteile der ersten und zweiten Vorsprünge ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußwicklung (50) eine einzelne Windung ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Windung (50) eine Kupferplatte ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das einzige Teil (20) aus magnetischem Material zylin drisch ist und die ersten, zweiten sowie dritten Vorsprünge (20, 21) an einer Innenfläche dieses einzigen Teils ausgebil det sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das einzige Teil aus magnetischem Material als rechtwink liges Prisma ausgebildet ist.

7. Vorrichtung zur Magnetisierung eines Permanentmagneten mit einer ersten Magnetfluß-Erzeugereinrichtung (20b, 22), die auf einer Fläche eines einzigen Teils (20) aus einem magneti schen Material zur Erzeugung eines N-Pol-Magnetflusses ange ordnet ist, und
einer zweiten Magnetfluß-Erzeugereinrichtung (20a, 22), die benachbart zur ersten Magnetfluß-Erzeugereinrichtung auf der genannten einen Fläche zur Erzeugung eines S-Pol-Magnetflus ses angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine dritte Magnetfluß-Erzeugereinrichtung (21b, 50), die zwischen der ersten sowie zweiten Magnetfluß-Erzeugereinrich tung an der genannten einen Fläche angeordnet ist, um durch diese einen Teil des von der ersten sowie zweiten Magnetfluß- Erzeugereinrichtung hervorgerufenen Magnetflusses zu führen und einen Magnetfluß zur Tilgung des durch die dritte Magnet fluß-Erzeugereinrichtung fließenden Magnetflusses zu erzeu gen.

8. Vorrichtung zur Magnetisierung eines Permanentmagneten mit einer Mehrzahl von ersten Magnetfluß-Erzeugereinrichtungen (20b, 22), die an einer Fläche eines einzigen Teils (20) aus magnetischem Material zur Erzeugung eines N-Pol-Magnetflusses angeordnet sind, und
einer Mehrzahl von zweiten Magnetfluß-Erzeugereinrichtungen (20a, 22), die ander genannten einen Fläche zur Erzeugung eines S-Pol-Magnetflusses angeordnet sind, wobei diese Mehr zahl von zweiten Magnetfluß-Erzeugereinrichtungen abwechselnd mit der Mehrzahl der ersten Magnetfluß-Erzeugereinrichtungen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Magnetfluß-Erzeugereinrichtungen in einer Reihe angeordnet sind,
daß eine Mehrzahl von dritten Magnetfluß-Erzeugereinrichtun gen (21b, 50) vorgesehen ist, von denen jede zwischen zwei entsprechenden, einander benachbarten ersten und zweiten Ma gnetfluß-Erzeugereinrichtungen an der genannten einen Fläche abwechselnd mit den ersten und zweiten Magnetfluß-Erzeuger einrichtungen angeordnet ist, wobei jede der dritten Magnet fluß-Erzeugereinrichtungen für einen Durchfluß eines Teils des von den ersten sowie zweiten Magnetfluß-Erzeugereinrich tungen hervorgerufenen Magnetflusses und zur Erzeugung eines Magnetflusses zum Löschen des durch die dritten Magnetfluß- Erzeugereinrichtungen tretenden Magnetflusses ausgebildet ist.