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Die
Erfindung betrifft eine Rotoranordnung für einen Elektromotor mit einem
im wesentlichen zylindrischen Magnetträger und wenigstens einem Permanentmagneten,
der auf den Außenumfang
des Magnetträgers
aufgebracht ist, wobei der Magnetträger und der wenigstens eine
Permanentmagnet auf einer Welle angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Rotoranordnung
ist grundsätzlich
in einer Vielzahl von elektrischen Maschinen einsetzbar, insbesondere
in Gleichstrommotoren und Generatoren.
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Auf
dem Markt ist eine Vielzahl von Elektromotoren verfügbar, die
auf verschiedene Weise klassifiziert werden können, z.B. gemäß ihrer
Struktur, dem Antriebsmechanismus, dem Steuermodus etc. Ein bevorzugtes
Anwendungsgebiet der Erfindung sind bürstenlose Gleichstrommotoren
und andere Permanentmagnetmotoren und insbesondere Innenläufermotoren.
Elektromotoren mit einer Innenläuferkonfiguration
weisen eine Rotoranordnung auf, die auf eine Motorwelle aufgebracht
ist und einen oder mehrere Permanentmagneten umfaßt, sowie
eine Statoranordnung aus z.B. einer Anzahl von paketierten Metallblechen,
die einen ringförmigen
Statorrückschluß und von
dem Statorrückschluß nach innen
abstehende Statorzähne
zur Bildung von Polen aufweist. Auf die Statorzähne sind Phasenwicklungen aufgebracht.
Die Rotoranordnung ist koaxial in die Statoranordnung eingefügt.
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Bei
den bekannten Rotoranordnungen ist es üblich, einen Permanentmagnetring
oder mehrere einzelne Permanentmagnete auf einen Magnetträger, welcher
auf die Motorwelle aufgebracht ist, aufzukleben. Der Magnetträger kann
hierbei den Rotorrückschluß bilden.
Ferner ist es bekannt, ein Schutzrohr über den Permanentmagnetring
oder die einzelnen Permanentmagnete aufzuschieben, um diese gegen
mechanische Beschädigungen
von außen
zu schützen
und ein Abplatzen von Magnetpartikeln zu verhindern. Üblicherweise
wird auch das Schutzrohr mit dem Magnetring oder den einzelnen Permanentmagneten
vergeklebt.
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Bei
dem Verkleben eines Permanentmagnetrings mit einem Magnetträger, und
insbesondere einem Rotorrückschluß, sowie
bei dem Verkleben eines Schutzrohres mit dem/den Permanentmagneten ergibt
sich in der Praxis die Schwierigkeit, daß es aufgrund unterschiedlicher
Volumenausdehnungskoeffizienten zwischen Rückschluß, Magnet und Schutzrohr bei
Temperaturänderungen
im Motor zum Abplatzen von Magnetpartikeln sowie zum Abscheren der
Klebflächen
kommen kann. Dadurch ist die Integrität und somit Funktionstüchtigkeit
der Rotoranordnung gefährdet.
Das Verkleben von Magnetträger, Magnetring
und Schutzrohr erfordert ferner einen relativ aufwendigen, mehrstufigen
Herstellungsprozeß, da
Klebstoff auf mehrere Bauteile aufgebracht werden und aushärten muß und nach
der Verbindung Klebstoffreste entfernt werden müssen. Auch läßt sich
die gleichmäßige dünne und
gleichwohl ausrei chende Benetzung der zu klebenden Teile während der
Herstellung schwer kontrollieren, wobei eine Überprüfung der Verbindungsqualität nur durch
einen zerstörenden
Prüfprozeß möglich ist.
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Im
Stand der Technik ist es ferner grundsätzlich bekannt, zwischen einer
Welle und einem Rotor eine Preßverbindung
unter Einfügung
einer Zwischenhülse
herzustellen. Dies ist beispielsweise beschrieben in der IMW-Institutsmitteilung
Nr. 23 (1998), Seiten 13 bis 16, „Untersuchung der Kegelpreßverbindung
einer Zerkleinerungsmaschine" von M.
Garzke und S. Wuttke. Eine solche Preßverbindung eignet sich jedoch
nicht zum Aufbringen des magnetischen Körpers auf eine Welle, weil
aufgrund der geringen Elastizität
des Materials Magnetpartikel abplatzen oder Risse sich bilden könnten.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine Rotoranordnung für eine elektrische
Maschine anzugeben, welche die Probleme des Standes der Technik vermeidet.
Insbesondere soll die Rotoranordnung auch bei größeren Temperaturschwankungen
während
des Betriebs der elektrischen Maschine gewährleisten, daß die Verbindung
von Rotorwelle, Magnetträger,
Permanentmagnet und ggf. Schutzrohr nicht gefährdet ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Rotoranordnung mit den Merkmalen von Anspruch
1 gelöst.
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Die
Erfindung sieht eine Rotoranordnung für eine elektrische Maschine
mit einem im wesentlichen zylindrischen Magnetträger und wenigstens einem Permanentmagnet,
der auf den Außenumfang
des Magnetträgers
aufgebracht ist, vor. Magnetträger und
Permanentmagnet sind auf einer Welle angeordnet und durch einen
Fixierring, der an einem Stirnende der Rotoranordnung auf die Welle
aufgebracht und mit dem Magnetträger
und/oder dem Permanentmagnet in Eingriff ist, gegen Verdrehen gesichert.
Durch Verwendung des Fixierrings ist es möglich, den Permanentmagneten
mit dem Magnetträger ohne
Verwendung von Klebstoff zu verbinden. Der wenigstens eine Permanentmagnet
bildet vorzugsweise einen Magnetring, welcher auf dem Magnetträger mittels
des Fixierrings durch Form- oder Kraftschluß gehalten wird. Insbesondere
ist der Fixierring mit dem Magnetring über eine Nut, eine Verzahnung, eine
Riffelung oder dergleichen, welche an dem Fixierring und/oder an
dem Magnetring stirnseitig ausgebildet ist, in Eingriff. Dadurch
kann eine klebstofffreie Verbindung gewährleistet werden. Die Verwendung
des Fixierrings hat den zusätzlichen
Vorteil, daß der
Permanentmagnet auf dem Magnetträger
und somit auf der Welle zentriert werden kann, wobei er über eine
Nut-Feder-Verbindung, eine Verzahnung, Riffelung oder dergleichen
gegen Verdrehen gesichert wird.
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In
alternativen Ausgestaltungen der Erfindung kann der Magnetträger als
separates Bauteil auf die Welle aufgebracht oder mit der Welle einteilig ausgebildet
sein.
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Die
Erfindung sieht ferner vorzugsweise ein Schutzrohr vor, welches
den Permanentmagnet umgibt, wobei der Fixierring vorzugsweise auch
mit dem Schutzrohr in Eingriff ist, um dieses zu zentrieren und gegen
Verdrehen zu sichern. Das Schutzrohr sollte bevorzugt aus einem
nicht-magnetischen Material, wie Aluminium, eine Aluminiumlegierung,
Karbon oder Glasfaser, hergestellt sein.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführung
ist der Fixierring seinerseits auf die Welle form- und-/oder kraftschlüssig aufgebracht,
wobei er zunächst
nach Bedarf positioniert, dann auf die Welle beispielsweise aufgepreßt, aufgeschrumpft
oder aufgespritzt wird. Zur drehsicheren Verbindung des Fixierrings
mit dem Permanentmagneten können
verschiedene form- und kraftschlüssigen
Verbindungsarten zwischen Fixierring und Magnetring vorgesehen sein.
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Erfindungsgemäß besteht
der Fixierring aus Kunststoff oder Metall, beispielsweise aus Stahl.
Um den Magnetträger
und/oder den Fixierring auf der Welle zu halten, kann auf dem Außenumfang
der Welle eine Riffelung ausgebildet sein, auf welche der Magnetträger und/oder
der Fixierring aufgepreßt wird.
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Schließlich kann
in einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung vorgesehen sein, daß an den beiden Stirnenden
der Rotoranordnung ein erster und ein zweiter Fixierring angeordnet
sind.
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Der
Magnetträger
hat in einer Ausführung der
Erfindung zusätzlich
die Funktion eines Rotorrückschlusses.
Bei geeigneter Magnetisierung der Permanentmagnete oder bei Verwendung
von Multipolmagneten mit einer Hallbach-Magnetisierung ist ein Rückschluß entbehrlich,
so daß der
Magnetträger aus
einem nicht-magnetischen Material gebildet sein kann oder die Motorwelle
selbst die Funktion des Magnetträgers übernimmt.
Dadurch hat die Rotoranordnung insgesamt ein geringeres Massenträgheitsmoment.
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Die
erfindungsgemäße Rotoranordnung
hat die folgenden Vorteile:
Die Herstellung der Rotoranordnung
ist deutlich einfacher als bei einer Klebverbindung von Magnetträger, Magnetring
und Schutzrohr. Es entfallen die Prozeßschritte und Kosten für das Aufbringen
und Aufhärten
des Klebers auf mehrere Bauteile sowie für die Entfernung von überschüssigem Kleber
nach Fertigstellung der Verbindung. Da die erfindungsgemäße Verbindung
vollständig
klebstofffrei ist, besteht auch nicht die Gefahr, daß Kleberreste
am Rotor den Betrieb der elektrischen Maschine beeinträchtigen.
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Es
besteht nicht die Gefahr, daß bei
Temperaturschwankungen in der Maschine aufgrund unterschiedlicher
Volumenausdehnungskoeffizienten der einzelnen Komponenten der Rotoranordnung
der Permanentmagnet reißt,
bricht oder Partikel abplatzen. Aufgrund der klebstofffreien Verbindung
der einzelnen Bauteile kann es naturgemäß nicht zu einem Abscheren
der Klebfläche
und dadurch Lösen
der Verbindung kommen.
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Ferner
kann die erfindungsgemäße Rotoranordnung
mit einem Minimum an Arbeitsschritten und somit mit geringeren Kosten
als im Stand der Technik hergestellt werden. Das Aufbringen und
Fixieren des Fixierrings auf die Welle sowie dessen Verbindung mit
dem Magnetträger
und/oder dem Permanentmagnet kann in einem Arbeitsschritt erfolgen.
Auf einen zusätz lichen
Schutz des Magneten durch ein Schutzrohr muß auch bei der erfindungsgemäßen Rotoranordnung
nicht verzichtet werden.
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Die
Erfindung ist im folgenden anhand bevorzugter Ausführungen
mit Bezug auf die Zeichnungen näher
erläutert.
In den Figuren zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung einer Rotoranordnung mit einem geklebten
Magnetring nach dem Stand der Technik; und
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2 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht einer Rotoranordnung gemäß der Erfindung.
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1 zeigt
eine perspektivische Darstellung einer Rotoranordnung gemäß dem Stand
der Technik. In 1 ist eine Welle mit 10 bezeichnet,
wobei ein Magnetträger 12 auf
die Welle aufgebracht ist. Der Magnetträger 12 dient auch
als Rotorrückschluß. Auf dem
Magnetträger 12 ist
ein Magnetring 14 aufgeklebt, der optional von einem Schutzrohr
(nicht gezeigt) ummantelt sein kann. Wie oben erörtert, ist die Klebverbindung
zwischen dem Magnetträger 12 und dem
Magnetring 14 ungünstig,
weil bei Temperaturschwankungen im Motor die Klebfläche abscheren kann
und weil die Gefahr des Bruches des Magnetrings 14 oder
des Abplatzens von Magnetpartikeln aufgrund der unterschiedlichen
Volumenausdehnungskoeffizienten von Magnetträger 12 und Magnetring 14 besteht.
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Die
Erfindung sieht daher eine Rotoranordnung vor, wie sie in 2 schematisch
dargestellt gezeigt ist. Die Rotoranordnung umfaßt eine Welle 20,
auf die ein Magnetträger 22 aufgebracht
ist. Der Magnetträger 22 kann
einen Rückschluß für die Rotoranordnung
bilden. Er kann mit der Welle 20 einteilig ausgebildet
oder ein separates Bauteil sein. Der Magnetträger kann sogar durch die Welle
selbst oder durch einen Hohlkörper
gebildet werden, sofern ein Rückschluß für die Rotoranordnung
nicht notwendig ist. Auf den Magnetträger 22 ist ein Magnetring 24 aufgebracht,
der den Magnetträger 22 konzentrisch umgibt.
An beiden Stirnenden der Rotoranordnung, und spezieller des Magnetrings 24,
ist ein Fixierring 26 vorgesehen, welcher den Magnetring 24 auf
dem Magnetträger 22 zentriert,
gegen Verdrehen sichert und fixiert. Erfindungsgemäß kann nur
ein Fixierring 26 an einem Stirnende oder zwei Fixierringe 26 an beiden
Stirnenden der Rotoranordnung vorgesehen sein. Die Fixierringe 26 ermöglichen
es, die einzelnen Komponenten der Rotoranordnung zu verbinden, ohne
daß sie
die unterschiedliche Ausdehnung der Komponenten in radialer Richtung
aufgrund unterschiedlicher Volumenausdehnungskoeffizienten bei Temperaturschwanken
behindern. Die Fixierringe 26 sind bei der gezeigten Ausführung durch
eine Nut- und Federverbindung 28 mit dem Magnetring 24 stirnseitig
in Eingriff, wobei, wie oben erläutert,
andere Arten einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung, wie eine
Verzahnung oder Riffelung, vorgesehen werden können. Die Fixierringe 26 ihrerseits sind
auf der Welle form- und/oder kraftschlüssig befestigt, beispielsweise
durch Vorsehen einer Riffelung oder Kerbung 30 auf dem
Außendurchmesser der
Welle und anschließendes
Aufpressen der Fixierringe 26. Die Fixierringe 26 können jedoch
auch auf die Welle aufgeschrumpft oder aufgespritzt oder auf andere
Weise drehfest daran angebracht werden.
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Zusätzlich oder
anstelle der Nut- und Federverbindung 28 zwischen dem Magnetring 24 und dem
Fixierring 26 kann ein Formschluß oder Kraftschluß zwischen
diesen Komponenten vorgesehen werden. Das Aufbingen der Fixierringe 26 auf
die Welle 20 und deren Verbindung mit dem Magnetring 24 kann
in einem Arbeitsschritt erfolgen.
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Die
in 2 gezeigte Rotoranordnung weist ferner ein Schutzrohr 32 auf,
das zum Schutz des Magnetrings 24 gegen Bruch oder Abplatzen
von Partikeln auf diesen aufgebracht ist. Das Schutzrohr 32 kann
ebenfalls durch die Fixierringe 26 zentriert und in seiner
Lage fixiert werden. Beispielsweise ist es möglich, das Schutzrohr 32 durch
eine Bördelung 34,
eine Verstemmung, Prägung,
Schmelzverbindung, Rast- oder Schnappverbindung oder dergleichen
mit dem Fixierring 26 zu verbinden, wie es in dem mit A
bezeichneten Kreis in 2 dargestellt ist.
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Die
Fixierringe 26 und dem Magnetring 24 sowie ggf.
das Schutzrohr 32 können
an den Stirnenden der Rotoranordnung auf verschiedene Weise verbunden
sein, wobei wichtig ist, daß der
Eingriff zwischen Magnetring 24 und Fixierring 26 an
dessen Stirnseiten erfolgt, so daß eine Ausdehnung oder Schrumpfung
des Magnetrings 24 in radialer Richtung nicht behindert
ist. Zu diesem Zweck können
an den Stirnenden des Magnetrings 24 bzw. den gegenüberliegenden
Flächen
der Fixierringe 26 sowie, in einem Überlappungsbereich, an deren
Außenflächen geeignete
Verbindungsmittel vorgesehen werden, wie eine Verstemmung, Bördelung,
Prägung,
etc. Auch eine Verbindung durch Schmelzen oder Schrumpfen ist denkbar.
Ferner ist es möglich,
die Rotoranordnung mit einem Kunststoff zu umspritzen, um einen
zusätzlichen
Schutz sowie eine zusätzliche Fixierung
der einzelnen Komponenten vorzusehen.
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Das
Schutzrohr besteht vorzugsweise aus einem nicht-magnetischen Material,
wie Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Karbon- oder Glasfaser. Der
Fixierring kann aus Kunststoff oder Metall, beispielsweise Stahl,
hergestellt sein.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten
Merkmale können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung
der Erfindung von Bedeutung sein.
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- 10
- Welle
- 12
- Magnetträger
- 14
- Magnetring
- 20
- Welle
- 22
- Magnetträger
- 24
- Magnetring
- 26
- Fixierring
- 28
- Nut-
und Federverbindung
- 30
- Riffelung
oder Kerbung
- 32
- Schutzrohr
- 34
- Bördelung