DE102006015037A1

DE102006015037A1 - Läufer einer permanenterregten Synchronmaschine

Info

Publication number: DE102006015037A1
Application number: DE102006015037A
Authority: DE
Inventors: Axel Knauff; Holger Schunk
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2007-10-11
Also published as: WO2007113057A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Läufer (10) einer permanenterregten Synchronmaschine, mit an der Oberfläche des Läufers (10) angeordneten Permanentmagneten (6), wobei der Läufer (10) eine Hülse (1) aufweist, mit auf dieser Hülse (1) aufgebrachten ein oder mehreren Lagen von Drähten (2), und ein Verfahren, um kostengünstig Läufer (10) mit unterschiedlichen Außendurchmessern herzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Läufer einer permanenterregten Synchronmaschine mit an der Oberfläche des Läufers angeordneten Permanentmagneten und ein Herstellverfahren.
Läufer von Elektromotoren werden in der Regel durch eine Aufschichtung von gestanzten Blechen hergestellt. Die Blechung ist notwendig, damit sich in den Läufern keine hohen Wirbelströme ausbilden, die zu einer unnötigen Erwärmung des Läufers führen. In der Regel werden solche Blechpakete auf Wellen oder Hohlwellen bzw. Hülsen aufgebracht, die ihrerseits in die Elektromotoren eingebaut werden.
Die Herstellung von Läuferblechen ist wegen des vergleichsweise teueren Stanzwerkzeuges sehr aufwändig. Sollen die Innendurchmesser der Läufer groß sein, so wie es beispielsweise bei Spindelmotoren in Werkzeugmaschinen üblich ist, sind aus Sicht des Werkzeugmaschinenbauers Massivläufer wünschenswert. Hierbei ist allerdings die Maximaldrehzahl durch die wirbelstrombedingte Erwärmung des Läufers beschränkt.
In der WO 91/09442 werden magnetische Kreise elektrischer Einrichtungen durch Drähte hergestellt, um die Wirbelstromverluste zu reduzieren.
Aus der DE 199 47 119 A1 ist eine elektrische Maschine mit einem Stator bekannt, bei der das Rückschlussjoch durch eine Drahtwicklung hergestellt wird.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Läufer bei variablen Außendurchmessern kostengünstig herzustellen.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch einen Läufer einer permanenterregten Synchronmaschine mit an der Oberflä che des Läufers angeordneten Permanentmagneten, wobei der Läufer eine Hülse aufweist, mit auf dieser Hülse aufgebrachten ein oder mehreren Lagen von Drähten.
Dabei wird nunmehr auf die Hülse ein Draht aufgewickelt, vorteilhafterweise isolierter Eisendraht, der den magnetischen Rückschluss des Läufers darstellt. Der Draht ist dabei wie auf einer Garnspule auf die Hülse gewickelt, wobei deren Achse mit der Achse der Hülse fluchtet. Durch die räumlich geringe Ausdehnung des Drahtes und insbesondere infolge der isolierten Ausführung der Drähte sind die Wirbelströme vergleichsweise gering.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Herstellverfahrens wird der Draht vor dem Aufwickeln auf die Hülse durch ein Harzbad gezogen. Dieses Harz fließt dann während des Herstellprozesses in die Hohlräume zwischen die Drähte und härtet das gesamte Gebilde Hülse mit Draht aus.
Vorteilhafterweise kann die Hülse in axiale Abschnitte unterteilt sein. So dass für mehrere axiale Längen der Läufer jeweils gleiche Stirnseiten aber unterschiedliche Mittelstücke verwendet werden können. Auf diese zusammengesetzten Hülsen kann dann der Draht in der oben beschriebenen Art und Weise aufgebracht werden, wobei durch die Dicke des Drahtes erneut der Außendurchmesser des Läufers vorbestimmt werden kann.
Vorteilhafterweise sind die jeweiligen Stirnseiten der Hülse gleich ausgebildet. Die Hülsen sind insbesondere rund, können aber genauso gut polygonal, d.h. drei-, vier- fünfeckig oder oval ausgebildet sein. Ebenso sind bei den Querschnitten der Drähte die gängigen Formen wie rund, polygonaler Querschnitt oder ovale Querschnitte vorgesehen. Je nach Drahtquerschnitt ergibt sich eine optimierte Lagenbildung um Hohlräume auf dieser gewickelten Spule möglichst gering zu halten.
Auf dem gehärteten Verband von Hülse und Drahtspule werden nunmehr die Permanentmagnete positioniert und fixiert.
Zusätzlich können durch harzgetränkte Bandagen aus Glasfaser, Kevlar oder Kohlefaser die Permanentmagnete zusätzlich fixiert werden, um auch bei hohen Drehzahlen ein Ablösen der Permanentmagnete von der Drahtspule zu vermeiden.
Damit lassen sich mit dem Läufer unterschiedliche Kerndurchmesser bei unterschiedlich axialen Längen herstellen. So dass je nach Applikation der Luftspalt der elektrischen Maschine durch die Anzahl der Drahtlagen variiert werden kann.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 perspektivische Darstellung einer Hülse mit einem Draht,
2 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Läufers,
3 bis 5 Detailansichten mit unterschiedlichen Drahtquerschnitten.
1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Hülse 1, die an ihren Stirnseiten Radialflansche 3, 4 aufweist. Prinzipiell ist dabei dargestellt, wie sich ein Draht 2 um die Hülse windet, so dass ein spulenförmiger Aufbau auf der Hülse 1 entsteht, wobei die Achse der sich ergebenden Drahtspule und die Achse der Hülse 1 fluchten. Die Hülse 1 wird vorteilhafterweise aus einem Rohr gefertigt, wobei die axiale Länge durch Abschneiden des jeweiligen Rohrabschnittes gebildet wird und der Mittelteil zwischen den Radialflanschen 3 und 4 beispielsweise durch Ausdrehen hergestellt werden kann.
Alternativ dazu kann die Hülse 1 ebenso aus einem zylinderförmigen Mittelstück 5 und daran angesetzten Radialflanschen 3 und 4 gebildet werden.
2 zeigt in einem Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Läufer 10, dessen Hülse 1 drei Lagen von Drähten 2 aufweist, wobei auf den Drähten 2 Permanentmagnete 6 angeordnet sind, die wiederum durch eine Bandage 7 gehalten sind.
Die Hülse 1 weist an ihren Stirnseiten Radialflansche 3, 4 auf, deren axialer Überstand ungefähr zwischen 2 und 10 mm beträgt. Damit wird eine Art Wannenfunktion für die Drahtspule geschaffen, so dass eine axiale Fixierung der Drahtlagen des Drahtes 2 vorhanden ist. Die Drähte 2 sind dicht gewickelt, d.h. es wird eine Minimierung der Hohlräume 8 geschaffen, wobei die dennoch verbleibenden Hohlräume 8 durch Harz ausgefüllt werden.
Dies kann einerseits dadurch erreicht werden, dass das Harz nachträglich in den Verbund eingegossen wird, es kann aber bereits bei der Herstellung dadurch erreicht werden, dass der Draht 2 bevor er auf die Hülse 1 gewickelt wird durch Harz gezogen wird.
Es ergibt sich somit ein ausgehärteter Verbund von Hülse 1 und Drahtlagen, auf die Permanentmagnete 6 positioniert werden. Dabei werden die Permanentmagnete 6 in ihrer axialen und in Umfangsrichtung betrachtet tangentialen Position durch einen Kleber fixiert. Der Kleber hat aufgrund der rauheren Oberfläche gegenüber der eines vergleichsweise ausgestalteten Blechpakets verstärkte Haftungsmöglichkeiten, so dass eine Bandage, wie in 2 prinzipiell dargestellt, zwar zusätzlich zur Fixierung der Permanentmagnete vorgesehen werden kann aber nicht unbedingt erforderlich ist.
3 bis 5 zeigen in einer Detaildarstellung die Anordnungen der einzelnen Lagen von verschiedenen Drähten 2 unterschiedlicher Querschnitte und deren Hohlräume 8, die vorzugsweise von Harz ausgegossen sind.
Damit sind zur Herstellung unterschiedlicher Läuferdurchmesser keine zusätzlichen Stanzwerkzeuge für die Bleche des Läufers 10 notwendig.
Derartige Läufer werden insbesondere bei permanenterregten Synchronmaschinen eingesetzt, wobei der Stator dieser Maschine gesehnte Wicklungssysteme oder Zahnspulen aufweisen kann. Ebenso kann der Jochrücken des Stators aus Draht aufgebaut sein.

Claims

Läufer (10) einer permanenterregten Synchronmaschine, mit an der Oberfläche des Läufers (10) angeordneten Permanentmagneten (6), wobei der Läufer (10) eine Hülse (1) aufweist, mit auf dieser Hülse (1) aufgebrachten ein oder mehreren Lagen von Drähten (2).
Läufer (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (1) axial unterteilt ist.
Läufer (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den Stirnseiten der Hülse (1) Radialflansche (3, 4) vorgesehen sind.
Läufer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten der Hülse (1) identisch ausgebildet sind.
Läufer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (1) in ihrem Querschnitt rund, polygonal oder oval ausgebildet ist.
Läufer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Draht (2) einen runden, polygonalen oder ovalen Querschnitt aufweist.
Läufer (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (2) isoliert ausgeführt ist.
Läufer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Außenseite der radial äußeren Lage der Drähte (2) Permanentmagnete (6) positioniert sind.
Läufer (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (6) zusätzlich von einer Bandage (7) fixiert sind.
Läufer (10) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen der Drähte (2) harzgetränkt ist.
Herstellverfahren eines Läufers (10) einer permanenterregten Synchronmaschine, mit an der Oberfläche des Läufers (10) angeordneten Permanentmagneten (6), wobei der Läufer (10) eine Hülse (1) aufweist, mit auf dieser Hülse (1) aufgebrachten nach einem oder mehreren von Lagen von Drähten (2) durch folgende Schritte: – Bewickeln der Hülse (1) mit einen oder mehreren Lagen von vorgebbaren Drähten (2), – Aufkleben und Positionieren der Permanentmagnete (6) auf der radial äußeren Lage der Drähte (2),
Herstellverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenzeichnet, dass die Drähte (2) vorher durch ein Harzbad gezogen worden sind.
Herstellverfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (6) zusätzlich durch eine Bandage (7) fixiert werden.