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Title:
DYNAMOELECTRIC MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/041387
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a dynamoelectric machine comprising one carrier body (8) embodied as a rotor and one carrier body embodied as a stator, said two carrier bodies (8) moving in relation to each other. One of the carrier bodies (8) is provided with magnetic elements (20) respectively comprising two magnetic poles (20a, 20b) that are inclined in the direction of the movement in at least one row. Said magnetic poles (20a, 20b) respectively consist of at least two individual magnets (2).

Inventors:
Wollfarth, Matthäus (Burgenderstr. 3, Östringen, 76657, DE)
Application Number:
PCT/EP2004/011818
Publication Date:
May 06, 2005
Filing Date:
October 19, 2004
Export Citation:
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Assignee:
VALEO MOTOREN UND AKTUATOREN GMBH (Seewiesenstrasse 9, Bietigheim-Bissingen, 74321, DE)
Wollfarth, Matthäus (Burgenderstr. 3, Östringen, 76657, DE)
International Classes:
H02K1/17; H02K1/27; H02K29/00; H02K29/03; (IPC1-7): H02K1/27; H02K29/00; H02K29/03
Foreign References:
US6448680B12002-09-10
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1999, no. 09 30 July 1999 (1999-07-30)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 014, no. 515 (E - 1000) 13 November 1990 (1990-11-13)
Attorney, Agent or Firm:
Jahn, Wolf-diethart (Valeo Wischersysteme GmbH, Poststrässle 10, Bietigheim-Bissingen, 74321, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Dynamoelektrische Maschine mit einem als Läufer und einem als Ständer ausgebildeten Trägerkörper (8), die relativ zueinander eine Bewegung ausführen und wobei bei einem der Trägerkörper (8) in Richtung (11) der Bewegung in mindestens einer Reihe jeweils zwei geschrägte Magnetpole (20a, 20b) umfassende magnetische Elemente (20) angeordnet sind, wobei die Magnetpole (20a, 20b) jeweils aus mindestens zwei Einzelmagneten (2) zusammengesetzt sind.
2. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, bei der die Magnetpole (20a, 20b) aus zwei Einzelmagneten (2) zusammengesetzt sind, deren Grundriß jeweils dem Grundriß eines rechtwinkligen Dreiecks entspricht.
3. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, bei dem jeder Magnetpol von zwei Einzelmagneten (2) mit der Form von rechtwinkligen Dreiecken gebildet ist, wobei jeweils die langen Katheten der Dreiecke nebeneinander liegen.
4. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Seiten der Einzelmagneten (2), die Katheten sind, aneinander anstoßen bzw. sich spaltfrei berühren.
5. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 2, bei dem die die Magnetpole (20a, 20b) bildenden Einzelmagnete (2) deckungsgleich sind.
6. Dynamoelektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Einzelmagnete (2) Dauermagnete sind.
7. Dynamoelektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die mindestens zwei Trägerkörper (8) koaxial zueinander angeordnet sind und relativ zueinander eine Rotationsbewegung ausführen können.
8. Dynamoelektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die bürstenlos ausgebildet ist.
9. Dynamoelektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die als Motor ausgebildet ist.
10. Dynamoelektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die als Generator ausgebildet ist.
11. Trägerkörper (8) für eine dynamoelektrische Maschine, bei dem in Richtung (11) einer Bewegung in mindestens einer Reihe jeweils zwei geschrägte Magnetpole (20a, 20b) umfassende magnetische Elemente (20) angeordnet sind, wobei die Magnetpole (20a, 20b) jeweils aus mindestens zwei Einzelmagneten (2) zusammengesetzt sind.
Description:
Dynamoelektrische Maschine Die Erfindung betrifft eine dynamoelektrische Maschine und einen Trägerkörper für eine dynamoelektrische Maschine.

Dynamoelektrische Maschinen sind zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt ausgebildet. Je nach Einsatz wird eine dynamoelektrische Maschine als Motor oder Generator bezeichnet, wobei eine dynamoelektrische Maschine sowohl als Motor oder auch als Generator eingesetzt werden kann.

Dynamoelektrische Maschinen sind in der Regel so ausgebildet, daß magnetische Elemente relativ zueinander eine Bewegung ausführen. Magnetische Elemente können als Dauermagnete (Permanentmagnete) aber auch als Elektromagnete (Wicklungen bzw. Spulen aus Leitern) ausgebildet sein.

Bei der dynamoelektrischen Maschine dienen ein Läufer sowie ein Ständer als Trägerkörper für die magnetischen Elemente.

Bspw. sind bei einem Drehmotor die magnetischen Elemente entsprechend um eine Achse umlaufend nebeneinander angeordnet. Zwischen je zwei magnetischen Elementen befindet sich dabei ein Spalt.

Es ist bekannt, daß bei Drehmotoren bzw.-generatoren im Betrieb ein sogenanntes Nutrastmoment hervorgerufen wird, das die Laufeigenschaften des Drehmotors bzw.-generators beeinträchtigt.

Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, die Lauf- eigenschaften von dynamoelektrischen Maschinen zu verbessern.

Hierzu wird eine dynamoelektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Trägerkörper mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 vorgeschlagen.

Die erfindungsgemäße dynamoelektrische Maschine weist einen als Läufer und einen als Ständer ausgebildeten Trägerkörper auf. Diese beiden Trägerkörper führen relativ zueinander eine Bewegung aus. Bei einem der Trägerkörper sind in Richtung der Bewegung in mindestens einer Reihe jeweils zwei geschrägte Magnetpole umfassende magnetische Elemente angeordnet, wobei die Magnetpole jeweils aus mindestens zwei Einzelmagneten zusammengesetzt sind. Somit bilden mindestens zwei Einzelmagnete den Nordpol und mindestens zwei Einzelmagnete den Südpol eines magnetischen Elements.

Geschrägt bedeutet in diesem Fall, daß zumindest einer der durch die Außenkanten eines Magnetpols eingeschlossenen Winkel ungleich 90° ist und/oder oder daß zumindest eine der Außenkanten nicht gerade ausgebildet ist.

Der Einsatz geschrägter Magnetpole bewirkt, daß Spalte zwischen magnetischen Elementen in bezug auf die Bewegungsrichtung schräg bzw. geneigt sind.

Durch diese Ausbildung wird die Laufruhe der dynamoelektrischen Maschine erhöht. Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung benachbarter magnetischer Elemente wird erreicht, daß die Übergänge von magnetischen Feldern benachbarter magnetischer Elemente in Richtung der Bewegung fließend sind. Spalte zwischen magnetischen Elementen weisen demnach mindestens einen zu der Richtung der Bewegung schrägen bzw. geneigten Abschnitt auf.

Im Vergleich zu sogenannten gestuften Magnetpolen ist eine erheblich verbesserte Laufruhe zu erzielen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Spalt zwischen benachbarten magnetischen Elementen als Gerade ausgebildet ist. Die Form der Spalte zwischen benachbart angeordneten magnetischen Elementen wird weitgehend durch die Form aneinander angrenzender Außenkanten bestimmt. Für eine Ausgestaltung der Spalte in Form der Kurve, so daß diese geschrägt, geneigt oder nicht achsparallel zu einer Rotationsachse der dynamoelektrischen Maschine verlaufen, bieten sich viele Möglichkeiten an. Die Kurve könnte hierzu beispielsweise auch bogenförmig oder gewellt sein.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Magnetpole aus zwei Einzelmagneten zusammengesetzt sind, deren Grundriß jeweils dem Grundriß eines Dreiecks gleicht. Hierbei kann es sich um ein rechtwinkliges Dreieck handeln. Selbstverständlich können auch verschieden geformte Einzelmagnete, die wie gleichschenklige oder gleichseitige Dreiecke geformt sind, vorgesehen sein. Diese dreiecksförmigen Einzelmagnete sind vorzugsweise deckungsgleich. Es sind aber durchaus auch Ausgestaltungen mit ungleichen Einzelmagneten und ebenfalls mit gewellte bzw. gebogene Außenkanten aufweisenden Einzelmagneten vorstellbar.

In Ausgestaltung der Erfindung wird jeder Magnetpol von zwei Einzelmagneten mit der Form von rechtwinkligen Dreiecken gebildet, wobei jeweils die langen Katheten der Dreiecke nebeneinander liegen.

In einer Ausführungsform stoßen die Seiten der Einzelmagnete, die Katheten sind, aneinander bzw. berühren sich spaltfrei.

Das mindestens eine magnetische Teilelement kann als Dauermagnet bzw. Permanentmagnet ausgebildet sein.

Des weiteren kann vorgesehen sein, daß die mindestens zwei Trägerkörper koaxial zueinander angeordnet sind und relativ zueinander eine Rotationsbewegung ausführen. Diese Rotationsbewegung kann um eine gemeinsame Achse durchgeführt werden. Der bei Betrieb der dynamoelektrischen Maschine feststehende Trägerkörper wird hierbei als Ständer bzw. Stator bezeichnet. Der sich hierzu relativ bewegende Trägerkörper wird als Läufer bzw. Rotor bezeichnet.

Die erfindungsgemäße dynamolektrische Maschine ist vorteilhafterweise bürstenlos bspw. als Innenläufer ausgebildet.

Die erfindungsgemäße dynamoelektrische Maschine kann beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug zur Verwendung kommen. Hierbei ist eine Verwendung bei einem Scheibenwischsystem denkbar. Die dynamoelektrische Maschine kann ebenso bei einer elektromechanischen Lenkeinrichtung, wie einem Lenkkraftverstärker oder einem Steer-by-Wire- System, eines Fahrzeugs zur Anwendung kommen.

Bei dem erfindungsgemäßen Trägerkörper für eine dynamoelektrische Maschine sind in mindestens einer Reihe entlang einer Richtung einer Bewegung in mindestens einer Reihe jeweils zwei geschrägte Magnetpole umfassende magnetische Elemente angeordnet, wobei die Magnetpole jeweils aus mindestens zwei Einzelmagneten zusammengesetzt sind.

Der erfindungsgemäße Trägerkörper kann als Läufer oder Ständer für eine dynamoelektrische Maschine ausgebildet sein.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.

Figur 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Trägerkörpers aus einer ersten Perspektive.

Figur 2 zeigt den erfindungsgemäßen Trägerkörper der Figur 1 aus einer anderen Perspektive.

Figur 3 zeigt eine Ausführungsform eines magnetischen Elements.

Der in Figur 1 dargestellte Trägerkörper 8 weist eine Rotationsachse 12 auf, die in diesem Fall parallel zu einer Hauptachse 10 des Trägerkörpers 8 angeordnet ist. Hierbei ist vorgesehen, daß der Trägerkörper 8 als Zylinder ausgebildet ist und die Hauptachse 10 einer Mittelachse des Zylinders entspricht. Eine Hauptrichtung 11 des Trägerkörpers 8, in die sich dieser und insbesondere Einzelmagnete 2a, 2b bei einer Bewegung relativ zu einem anderen Trägerkörper in einer dynamoelektrischen Maschine bewegen kann bzw. können, ist durch einen Pfeil 11 angedeutet. Bei vorliegendem Ausführungsbeispiel entspricht die Hauptrichtung 11 einer Drehrichtung um die Hauptachse 10.

Auf einem Außenmantel des Trägerkörpers 8 sind gemäß der Darstellung aus Figur 1 vier Einzelmagnete 2a, 2b angeordnet. Bei dieser Ausführungsform sind die geschrägten Einzelmagnete 2a, 2b als Dauer-bzw. Permanentmagnete ausgebildet, die die Form rechtwinkliger Dreiecke aufweisen. Jeweils zwei Einzelmagnete 2a sind dabei zu einem ersten Magnetpol 20a und zwei Einzelmagnete 2b zu einem zweiten Magnetpol 20b zusammengesetzt. Diese beiden Magnetpole 20a, 20b bilden ein magnetisches Element 20.

Bei diesem Trägerkörper 8 kann es sich beispielsweise um einen als Rotor ausgebildeten Innenläufer eines Motors und/oder Generators zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie und/oder umgekehrt handeln.

Sämtliche Einzelmagnete 2a, 2b sind in diesem Ausführungsbeispiel identisch ausgebildet. Gemäß der Ausbildung als rechtwinklige Dreiecke weisen diese jeweils drei Außenkanten 22,24, 26 auf. Bei einer ersten Außenkante 22 handelt es sich um eine erste Kathete, die senkrecht zu der Hauptachse 10 bzw. parallel zu der Hauptrichtung 11 ausgerichtet ist. Bei der zweiten Außenkante 24 handelt es sich um eine zweite Kathete, die bei dieser Ausführungsform parallel zu der Hauptachse 10 bzw. senkrecht zu der Hauptrichtung 11 ausgerichtet ist.

Bei der dritten Außenkante 26 handelt es sich um die Hypotenuse des rechtwinkligen Dreiecks, die unter einem von 90° verschiedenen Winkel zu der Hauptachse 10 als auch zu der Hauptrichtung 11, also schräg bzw. geneigt zu der Hauptachse 10 und der Hauptrichtung 11, angeordnet ist. Aus der Figur 1 geht dabei hervor, daß bei jeweils einem zusammengesetzten Magnetpol 20a, 20b zwei Einzelmagnete 2a, 2b entlang der Außenkanten 24 unter Bildung eines Spalts 4 aneinanderstoßen und daß benachbarte Magnetpole 20a, 20b, begrenzt durch die Außenkanten 26, jeweils durch einen Spalt 6 voneinander getrennt sind.

Bei der Herstellung des Trägerkörpers 8, die ein Zusammensetzen von Einzelmagneten 2a, 2b zu Magnetpolen 20a, 20b. umfaßt, insbesondere bei der Anordnung benachbarter magnetischer Elemente 2a, 2b relativ zueinander, ist zu beachten, daß mindestens einer der Spalte 4,6 zwischen jeweils zwei benachbarten Einzelmagneten 2a, 2b unter einem von 90° verschiedenen Winkel zu der Hauptrichtung 11 als auch der Hauptachse 10 des Trägerkörpers 8 angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist dies für den Spalt 6 vorgesehen, der durch die jeweils als Hypotenusen ausgebildeten Außenkanten 26 zweier benachbarter Einzelmagnete 2a, 2b begrenzt ist. Zwei erste, jeweils als Katheten gleicher Länge ausgebildete Außenkanten 24 benachbarter Einzelmagnete 2 begrenzen den Spalt 4, der parallel zu der Hauptachse 10 bzw. senkrecht zu der Hauptrichtung 11 des Trägerkörpers 8 angeordnet ist.

Bei einer in der Figur 1 nicht dargestellten Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die zwei Einzelmagnete 2a, 2b einander entlang der Außenkanten 24 berühren und somit, ohne durch den Spalt 4 voneinander getrennt zu sein, zu einem Magnetpol des magnetischen Elements zusammengesetzt sind. Demnach weist ein Magnetpol 20a, 20b die Form eines Parallelogramms auf, daß parallel zu der Hauptrichtung durch die Außenkanten 22 und schräg bzw. geneigt zu der Hauptrichtung 11 durch unter einem Winkel orientierte Außenkanten 26 begrenzt ist.

Bei dem in Figur 2 aus einer im Vergleich zu Figur 1 gedrehten Perspektive dargestellten Trägerkörper 8 mit Hauptachse 10 und durch einen Pfeil angedeutete Hauptrichtung 11 ist nur ein als rechtwinkliges Dreieck ausgebildeter Einzelmagnet 2 dargestellt. Auch hier ist die Hypotenuse 26 schräg zu der Hauptrichtung 11 bzw. der Hauptachse 10 angeordnet. Es ist deutlich zu erkennen, wie die Kathete 22, die parallel zu der Hauptrichtung 11 bzw. zu der senkrecht zu der Hauptachse 10 angeordnet ist, entlang der Oberfläche des zylindrisch ausgebildeten Trägerkörpers 8 gekrümmt ist.

Figur 3 zeigt einen der Einzelmagnete 2 sowohl in Draufsicht als auch von der Seite. Dieser Einzelmagnet 2 kann vorzugsweise als Dauermagnet ausgebildet sein, der in einer Hauptebene weitgehend die Form eines rechtwinkligen Dreiecks besitzt. Des weiteren ist die Krümmung des Einzelmagneten 2 entlang einer der Katheten 22 erkennbar.

Es sei darauf hingewiesen, daß auch die Hypotenuse 26 entsprechend eine Krümmung aufweist. Durch diese Krümmung ist die Anordnung an einem zylindrisch ausgebildeten Trägerkörper 8 besonders einfach, zumal ein Einzelmagnet 2 dadurch an dem Trägerkörper 8 paßförmig angeordnet werden kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, daß ein derartiger Einzelmagnet nicht gekrümmt sondern flach ausgebildet ist.

Der in den Figuren 1 und 2 gezeigte Trägerkörper 8 kann vorzugsweise als Innenläufer eines Elektromotors oder eines Generators ausgebildet sein, der in Betrieb eine Rotationsbewegung um die Hauptachse 10 in Richtung der Hauptrichtung 11 durchführt. Um den Trägerkörper 8 herum ist ein zweiter Trägerkörper angeordnet, der ebenfalls eine Anzahl magnetischer Elemente, in der Regel Spulen oder Wicklungen, aufweisen kann. Beide Trägerkörper bewegen sich relativ zueinander, wobei der zweite nicht dargestellte Trägerkörper zumindest bei dieser Ausführungsform fest positioniert angeordnet ist.

Die Einzelmagnete 2a, 2b sind an dem Trägerkörper 8 so angeordnet bzw. werden bei der Herstellung des Trägerkörpers 8 so angeordnet und somit zu Magnetpolen 20a, 20b zusammengesetzt, daß der Spalt 6 zwischen zwei Magnetpolen 20a, 20b schräg, unter einem von 90° verschiedenen Winkel zu der Hauptrichtung 11 bzw. der Hauptachse 10 orientiert ist. Somit kann eine dynamoelektrische Maschine mit dem Trägerkörper 8 bereitgestellt werden, die ein geringes Nutrastmoment und somit eine hohe Laufruhe aufweist. Dies wird durch das erfindungsgemäße Zusammensetzen der Einzelmagnete 2a, 2b zu Magnetpolen 20a, 20b und der daraus resultierenden Orientierung insbesondere des Spalts 6 und auch der Ausrichtung der Spalte zwischen magnetischen Elementen 20 erreicht. Bei einer Bewegung des Trägerkörpers 8, die um die Rotationsachse 10, in Hauptrichtung 11 erfolgt, hat dies zur Folge, daß ein Übergang zwischen Magnetfeldern einzelner benachbarter magnetischer Elemente 20 fließend ist. Diese vorteilhafte Wirkung der Erfindung ist mit einfachen Mitteln realisierbar, zumal auch die als Dauermagnete ausgebildeten Einzelmagnete 2a, 2b in Form rechtwinkliger Dreiecke leicht herstellbar sind.

Insbesondere lassen sich Einzelmagnete in Form von rechtwinkligen Dreiecken (Figur 3) kostengünstiger als trapezförmige Einzelmagnete herstellen.