Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer permanentmagneterregten
elektrischen Maschine, insbesondere einem Gleichstrommotor
für Fahrzeuge, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei einem bekannten Gleichstrommotor dieser Art
(DE 11 60 080) werden die Statorpole von rechteckförmigen
Permanentmagneten und auf diese aufgesetzten Polschuhen
gebildet. Die Permanentmagnete liegen auf an dem Polgehäuse
ausgebildeten, ebenen Auflageflächen auf, und die
schalenförmig ausgebildeten Polschuhe begrenzen mit ihrer von
dem Permanentmagneten abgekehrten freien Oberfläche zusammen
mit dem vom Stator umschlossenen Rotor den Arbeitsluftspalt
des Gleichstrommotors. Die Permanentmagnete sind am
Polgehäuse und die Polschuhe an den Permanentmagneten durch
Verklebung, Umspritzung u. ä. befestigt.
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Es sind auch bereits Gleichstrommotoren bekannt, bei denen
die Statorpole von schalenförmigen Permanentmagnetsegmenten
gebildet werden, die auf der Innenfläche des ringförmigen
Polgehäuses aufgeklebt sind und mit ihrer freien Oberfläche
unmittelbar den Arbeitsluftspalt begrenzen. Aus Gründen der
Flußoptimierung im Arbeitsluftspalt ist die radiale Dicke der
Permanentmagnetsegmente im Bereich der Segmentränder
reduziert.
Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß mittels der dünnwandigen
Abdeckung im Statorinnern ein gegenüber dem verbleibenden
Statorinnenraum der Maschine abgeschlossener Ringraum
gebildet wird, in dem die Permanentmagnete einliegen. Der
abgeschlossene Ringraum verhindert, daß infolge Bruch oder
Materialspannungen sich von den Permanentmagneten ablösende
Materialsplitter oder -stücke in den zwischen Stator und
Rotor vorhandenen Arbeitsluftspalt eindringen und zu einem
Klemmen oder Blockieren des Rotors der elektrischen Maschine
führen. Dies ist von besonderer Bedeutung bei
Gleichstrommotoren, die zur Lenkkraftunterstützung in
Lenkgetrieben von Fahrzeugen eingesetzt werden; denn bei
einem Klemmen oder Festsitzen des Rotors wäre das Fahrzeug
unlenkbar. Die derzeit eingesetzten Überlastkupplungen zum
Verhindern einer solchen Situation können eingespart werden.
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Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen oder Verbesserungen der im
Anspruch 1 angegebenen elektrischen Maschine möglich.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist
die dünnwandige Abdeckung eine sich kraftschlüssig an die
freien Oberflächen der Permanentmagnete anlegende Hülse und
zwei Abdeckringe auf, die mit ihrer Außenkontur an der
Innenfläche des Polgehäuses anliegen und die Stirnränder der
Hülse übergreifen. Jeder Abdeckring trägt dabei auf seiner
der Hülse zugekehrten Stirnseite einen axial vorstehenden
Bund, auf den ein Hülsenende aufgeschoben ist. Auf diese
Weise wird konstruktiv einfach die die Permanentmagnete
sowohl axial als auch radial überdeckende Abdeckung
realisiert. Die Hülse wird vorzugsweise aus Bandmaterial
gefertigt, wobei die Größe der gewählten Bandlänge den
Hülsendurchmesser bestimmt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
der Außendurchmesser der Hülse größer bemessen als der lichte
Abstand einander diametral gegenüberliegender
Permanentmagnete. Bei schalenförmig ausgebildeten
Permanentmagneten, deren radiale Dicke im Bereich der
Magnetränder durch Abflachung reduziert ist, wird der lichte
Abstand zwischen den diametralen Permanentmagneten in
Magnetmitte gemessen. Der vergrößerte Hülsendurchmesser hat
den Vorteil, daß sich die Hülse unter Vorspannung an die
Magnetkonturen anlegt und somit ein Schleifen der Hülse am
sich drehenden Rotor sicher verhindert wird.
Zeichnung
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Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen:
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Fig. 1 einen Längsschnitt eines Gleichstrommotors für
ein Fahrzeug,
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Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer
Abdeckung der Permanentmagnete im
Gleichstrommotor gemäß Fig. 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Der in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellt Gleichstrommotor
als Ausführungsbeispiel für eine allgemeine,
permanentmagneterregte elektrische Maschine, der z. B. als
Servomotor für die Lenkunterstützung im Lenkgetriebe oder als
sonstiger Stellmotor eingesetzt wird, weist einen Stator 11
und einen vom Stator 11 ringförmig umschlossenen Rotor 12
auf. Der Anker oder Rotor 12 umfaßt einen drehfest auf einer
Rotorwelle 13 sitzenden Anker- oder Rotorkörper 14 und eine
in Axialnuten des Rotorkörpers 13 einliegende Anker- oder
Rotorwicklung 15. Die Rotorwicklung 15 ist an einem ebenfalls
drehfest auf der Rotorwelle 13 sitzenden Kommutator 16
angeschlossen. Die Stromzuführung zu der Rotorwicklung 15
erfolgt über ein Bürstensystem 17, dessen Kommutatorbürsten
18 auf den Lamellen des Kommutators 16 schleifen.
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Der Stator 11 weist ein ringförmiges Polgehäuse 20 und eine
geradzahlige Anzahl von Statorpolen 19 auf, die um gleiche
Umfangswinkel am Polgehäuse 20 versetzt angeordnet sind.
Jeder Statorpol 19 besteht aus einem schalenförmigen
Permanentmagneten 21, der an der Innenfläche 201 des
Polgehäuses 20 vorzugsweise durch Verkleben befestigt ist und
dessen etwa bogenförmig gekrümmte, freie Oberfläche mit dem
Rotorkörper 14 eine Arbeitsluftspalt 22 begrenzt. Die
einzelnen Permanentmagnete 21 erstrecken sich im
Ausführungsbeispiel nahezu über eine volle Polteilung, die
bei einer vierpoligen Ausführung des Stators 11 90° beträgt,
so daß zwischen benachbarten Permanentmagneten 21 nur Pin
relativ kleiner Spaltabstand verbleibt. Sie können aber auch
mit kleinerer Breite in Umfangsrichtung ausgeführt werden.
Zur Verringerung der Rastmomente sind die Randbereiche der
schalenförmigen Permanentmagnete 21 abgeflacht, so daß an den
Magneträndern die radiale Dicke der Permanentmagnete 21
reduziert ist. Das ringförmige Polgehäuse 20 ist an jedem
Stirnende mit einem Lagerschild 23, 24 abgedeckt. Jedes
Lagerschild 23, 24 nimmt ein Drehlager 25 bzw. 26 für die
Rotorwelle 13 auf. Der in Fig. 1 linke Lagerschild 23 bildet
zugleich eine Plattform für die Festlegung des
Gleichstrommotors im Fahrzeug. An diesem Lagerschild 23 ist
das ringförmige Polgehäuse 20 befestigt, und an dem
Polgehäuse 20 ist wiederum der zweite Lagerschild 24
befestigt.
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Aus unterschiedlichen Gründen, z. B. in rauher
Betriebsumgebung des Fahrzeugs, kann nicht zuverlässig
ausgeschlossen werden, daß infolge von Materialspannung sich
in den Permanentmagneten 21 Risse und Sprüngen bilden, als
deren Folge sich kleine Materialsplitter oder -stücke von den
Permanentmagneten ablösen. Gelangen diese Materialsplitter in
den Arbeitsluftspalt 22 so kann es zu einem Verklemmen oder
Blockieren des Rotors 12 kommen, was gerade beim Einsatz des
Gleichstrommotors zur Lenkkraftunterstützung kritisch ist. Um
das Eindringen von solchen Materialsplittern in den
Arbeitsluftspalt 22 zuverlässig auszuschließen, ist eine den
Permanentmagneten 21 gemeinsame, dünnwandige Abdeckung 27
vorgesehen, die die Permanentmagneten 21 in axialer und
radialer Richtung abdeckt und zusammen mit der Innenfläche
201 des Polgehäuses 20 einen geschlossenen Raum bildet, in
dem alle Materialsplitter oder -stücke aufgefangen werden.
Der Arbeitsluftspalt 22 ist damit gegenüber den
Permanentmagneten 21 hermetisch abgeschottet, so daß keine
von den Permanentmagneten 21 sich ablösende Materialsplitter
oder -stücke in den Arbeitsluftspalt 22 gelangen können.
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Die dünnwandige Abdeckung 27 ist in Fig. 2 perspektivisch und
in Fig. 1 im Schnitt in ihrer Einbaulage im Stator 11 des
Gleichstrommotors zu sehen. Sie weist eine Hülse 28, die sich
kraftschlüssig an die freien Oberflächen der Permanentmagnete
21 anlegt, und zwei Abdeckringe 29, 30 auf, die mit ihrer
Außenkontur an der Innenfläche 201 des Polgehäuses 20
anliegen und die Stirnränder der Hülse 28 übergreifen. Die
Hülse 28 besteht aus amagnetischem Werkstoff und ist
vorzugsweise aus einem Materialband gerollt. Sie kann aber
auch als geschlossener Ring ausgeführt werden. Durch die
Bandlänge des Materialbandes wird der Durchmesser der Hülse
28 festgelegt. Vorzugsweise wird der Außendurchmesser der
Hülse 28 etwas größer gewählt als der lichte Abstand einander
diametral gegenüberliegender Permanentmagnete 21. Bei sich
zum Magnetrand hin abflachenden Permanentmagneten 21 wird der
lichte Abstand der diametralen Permanentmagnete in
Magnetmitte gemessen. Durch diese größere
Durchmesserbemessung legt sich die Hülse 28 unter Vorspannung
an die freien Oberflächen der Permanentmagnete 21 an und
schmiegt sich insgesamt an die Magnetkontur an. Jeder
Abdeckring 29, 30 trägt auf seiner der Hülse 28 zugekehrten
Stirnseiten einen axial vorstehenden Bund 291 bzw. 301, auf
den jeweils ein Hülsenende aufgeschoben ist. Zusätzlich kann
jeder Abdeckring 29, 30 noch eine Ringnut 292 bzw. 302
aufweisen, die in die der Hülse 28 zugekehrte Stirnfläche des
Abdeckrings 29, 30 unmittelbar an den Bund 291 bzw. 301
angrenzend eingearbeitet ist. In diese Ringnuten 292 und 302
taucht dann die Hülse 28 mit jeweils einem Stirnende ein. Die
fest mit der Hülse 28 verbundenen Abdeckringe 29, 30 stützen
sich an der Innenfläche 201 des Polgehäuses 20 ab, wobei der
Abdeckring 30 mit seiner vom Bund 301 abgekehrten
Stirnflächen an dem Lagerschild 24 anliegt, und dort
zusätzlich befestigt sein kann.
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Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene
Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann zumindest auf den
separaten Abdeckring 30 verzichtet werden, indem der
Abdeckring 30 einstückig mit dem Lagerschild 24 ausgeführt
wird, also der Bund 301 und ggf. die Ringnut 302 am
Lagerschild 24 ausgebildet werden, und die Hülse 38 bis an
das Lagerschild 24 geführt wird, um dort wiederum den Bund
301 zu übergreifen und mit ihrem Stirnrand in die Ringnut 302
einzutauchen. Ist das Lagerschild 24 einstückiger Teil des
dann topfförmigen Polgehäuses 20 so kann der Abdeckring 30
als Ringsteg an dem Boden des Polgehäuses angeformt sein.