DE102007063307A1

DE102007063307A1 - Montageverfahren zum Einpassen eines Permanentmagneten in ein Halteelement

Info

Publication number: DE102007063307A1
Application number: DE102007063307A
Authority: DE
Inventors: Miro Bekavac; Maik Seidel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2009-07-02
Also published as: WO2009083450A3; JP2011508586A; WO2009083450A2; US20110057529A1; EP2238671A2

Abstract

Es wird ein Montageverfahren zum Einpassen eines Permanentmagneten (38) in ein Halteelement (66) vorgeschlagen, wobei der Permanentmagnet (38) durch einen Beschichtungsstoff (47) gehaltert wird, wobei der zumindest eine Permanentmagnet (38) vor dem Einpassen zunächst zumindest teilweise mit einem elastischen Beschichtungsstoff (47) beschichtet und in einem nachfolgenden Schritt in das Halteelement (66) montiert wird.

Description

Stand der Technik
Bei permanentmagnetisch erregten Synchronmaschinen ist der Einsatz von sogenannten „vergrabenen Magneten" in Rotoren-Stand der Technik, siehe beispielsweise DE 101 31 474 A1 . Bei dieser Befestigungsart werden Magnete axial in ein aus einzelnen gestanzten Lamellen paketiertes Lamellenpaket eingefügt und mit verschiedenen Fixiermitteln positionsgerecht fixiert. Vorteil dieser Technik ist der mögliche Einsatz von kostengünstigen, quaderförmigen Magneten. Nachteilig ist hierbei die durch ungünstige Fertigungstoleranzen der Magnete hervorgerufene aufwendige Montage und Fixiertechnik.
Offenbarung der Erfindung
Mit der vorgeschlagenen Lösung wird angestrebt, die Montageprozesse zu vereinfachen bzw. zu verkürzen und die Prozesssicherheit der Fixiertechnik zu steigern. Wird der zumindest eine Permanentmagnet vor dem Einpassen in ein Halteelement (beispielsweise Rotor einer elektrischen Maschine) zunächst zumindest teilweise mit einem elastischen Beschichtungsstoff beschichtet und erst dann in einem nachfolgenden Schritt in das Halteelement montiert, so besteht dazu Gelegenheit, über den elastischen Beschichtungsstoff ein Vorfixieren des Permanentmagneten im Halteelement zu erreichen. Es wird dadurch vermieden, dass vor dem Einbringen von Imprägniermitteln die Permanentmagnete in dem Halteelement verrutschen und so ihre Solllage nicht erreicht wird. Als geeignete Beschichtungsstoffe haben sich beispielsweise Elastomere, Copolymere aus Duroplast und Thermoplast, sowie Polymermischungen als geeignet erwiesen. So ist beispielsweise vorgesehen, dass der Beschichtungsstoff den Permanentmagneten an einer oder mehreren Seiten bedeckt, was beispielsweise auch nur teilweise zu sein braucht. Anschließend wird der beschichtete Permanentmagnet in die Aufnahme des elektromagnetisch erregbaren Bauteils einer elektrischen Maschine eingesetzt. Allein durch die erhöhte Reibung zwischen der Aufnahme und dem Beschichtungsstoff wird ein Verrutschen der Permanentmagnete in der Aufnahme vermieden. Lageveränderungen der Permanentmagneten im elektromagnetisch erregbaren Bauteil werden dann noch besser vermieden, wenn der Beschichtungsstoff maßlich so abgestimmt ist, dass zwischen den Permanentmagneten mit dem Beschichtungsstoff und der Aufnahme eine Presspassung vorliegt. In diesem Fall gibt das Beschichtungsmaterial beim Einschieben in die Aufnahme etwas nach, gleichzeitig entstehen Späne durch das Einpressen des Permanentmagneten und seiner Beschichtung in die Aufnahme. Daran ist beispielsweise eine Presspassung sehr gut nachweisbar. Eine weitere verbesserte Fixierung des Permanentmagneten in der Aufnahme des elektromagnetisch erregbaren Bauteils der elektrischen Maschine wird dadurch erreicht, indem eine zusätzliche Adhäsionsschicht auf den Permanentmagneten und dessen Beschichtungsstoff aufgebracht wird. Diese Adhäsionsschicht verbessert die Haftung zwischen dem Permanentmagneten bzw. dessen Beschichtungsstoff und der Aufnahme des elektromagnetisch erregbaren Bauteils. Einerseits kann die Haftung verbessert werden, andererseits ist beispielsweise durch eine Expansion der Adhäsionsschicht und/oder des Beschichtungsstoffs sogar eine Art Formschluss zwischen der Adhäsionsschicht und damit dem Permanentmagneten und der Aufnahme möglich. Der expansionsfähige Stoff kann beispielsweise unter Einwirkung eines inneren oder äußeren Reaktionsauslösungsmittels expandieren. Ein derartiges inneres Reaktionsauslösungsmittel kann beispielsweise ein im Beschichtungsstoff vorhandenes Vernetzungsmittel sein. Ein äußeres Reaktionsauslösungsmittel kann beispielsweise eine Strahlungseinwirkung oder Wärme sein.
Letztlich ist eine elektrische Maschine mit einem Permanentmagneten vorgesehen, der nach einem wie zuvor skizzierten Montageverfahren montiert ist.
Kurze Beschreibungen der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Rotorwechselwirker,
2 schematisch ein Montageverfahren,
3a, 3b, 3c und 3d vier Beispiele je eines beschichteten Permanentmagneten,
4 eine Seitenansicht eines Halteelements mit einer Aussparung und einen darin angeordneten Permanentmagneten mit einem reaktiven Beschichtungsstoff,
5 eine Seitenansicht eines Halteelements mit einem Permanentmagneten in einer Aussparung, wobei der Permanentmagnet sowohl mit einem Beschichtungsstoff als auch einer Adhäsionsschicht beschichtet ist.
Ausführungsformen der Erfindung
Eine in 1 dargestellte elektrische Maschine 20 hat als elektrisch wirksame Teil einerseits einen drehbar gelagerten Rotor 23 und andererseits einen demgegenüber angeordneten Rotorwechselwirker 26, der üblicherweise als Stator 29 ausgebildet ist. Der Rotorwechselwirker 26 ist ortsfest in einem Gehäuse 32 der elektrischen Maschine 20 befestigt. Je nach Verwendung der elektrischen Maschine 20, sei es als Motor oder als Generator, werden zwischen dem Rotor 23 bzw. dem Rotorwechselwirker 26 elektrische bzw. elektromagnetische Kräfte wirksam, die entweder antreibend (Motor) oder behindernd (Generator) wirken.
Der Rotor 23 ist in bekannter Weise im geometrischen Zentrum des Rotorwechselwirkers 26 drehbar gelagert. Der Rotor 23 besteht aus einem Rotorkern 35, der im gezeigten Ausführungsbeispiel mittels zweier Permanentmagnete 38 erregbar ist.
In 2 ist stark schematisch das Montageverfahren dargestellt. Gemäß dem ersten Schritt S1 ist vorgesehen, einen Permanentmagneten 38 zunächst zumindest teilweise mit einem elastischen Beschichtungsstoff zu beschichten. Gemäß dem Schritt S2 ist vorgesehen, den beschichteten Permanentmagneten 38 in eine Aufnahme 41 eines elektromagnetisch erregbaren Bauteils (Rotor 23) der elektrischen Maschine 20 einzusetzen. Gemäß dem Schritt S3 ist eine Fixierung des Permanentmagneten 38 vorgesehen.
In 3a ist ein prismatischer Permanentmagnet 38 gezeigt, der einen trapezförmigen Querschnitt aufweist. Dieser trapezförmige Permanentmagnet 38 weist zwei Enden auf, die zueinander schräg, d. h. in einem Winkel ungleich 180° zueinander orientiert sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Permanentmagnet 38 sowohl an diesen beiden zueinander schräg orientierten Flächen 44, als auch auf den an die Flächen 44 angrenzenden Flächen mit Beschichtungsstoff 47 beschichtet. Die angrenzenden Flächen sind mit den Bezugszahlen 50 und 53 bezeichnet. Darüber hinaus sind in diesem Ausführungsbeispiel auch die beiden anderen nicht sichtbaren Flächen 50' und 53' beschichtet. Die Fläche 50' und die Fläche 53' stehen jeweils den Flächen 50 und 53 entgegengesetzt gegenüber.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 3b zeigt einen quaderförmigen Permanentmagneten 38, bei dem nur vier von sechs Seiten beschichtet sind. Es sind dies die Flächen 53 und 53' sowie 44 und 44'.
Wie nachfolgend noch erläutert werden wird, sind diese vier genannten Flächen die Flächen, die an die Oberfläche der Aufnahme grenzen.
In 3c ist ein Permanentmagnet 38 dargestellt, der eine rhombische Grundfläche 50 aufweist und ebenfalls prismatisch ist. In diesem Fall sind die beiden Flächen 44 und 44' beschichtet. Diese beiden Flächen 44 und 44' sind zwei Stirnflächen, die mit dem Beschichtungsstoff 47 beschichtet sind.
Die in 3d dargestellte Quader ist insgesamt und auf allen Seiten mit Beschichtungsstoff 47 beschichtet.
In 4 ist ausschnittweise der Rotor 23 der elektrischen Maschine 20 dargestellt. Von diesem Rotor 23 ist in einer Seitenansicht bzw. Schnittansicht eine Lamelle 60 dargestellt, die mittels der rechteckförmigen Aufnahme 63, welche sich über eine bestimmte Breite, d. h. über eine bestimmte Anzahl an Lamellen 60 erstreckt darstellt. Diese Lamelle 60 stellt damit mit dieser Aufnahme 63 das Halteelement 66 dar. In diesem Beispiel ist ein in einer Schnittdarstellung dargestellter Permanentmagnet 38 gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 3d eingesetzt. Der Permanentmagnet 38 wird daher von dem Beschichtungsstoff 47 umgeben. Dieser Permanentmagnet wurde mittels des erfindungsgemäßen Montageverfahrens zum Einpassen eines Permanentmagneten 38 in ein Halteelement 66 eingefügt, wobei der Permanentmagnet 38 durch einen Beschichtungsstoff 47 gehaltert wird, wobei der zumindest eine Permanentmagnet 38 vor dem Einpassen in das Halteelement 66 bzw. die Aufnahme 63 zunächst zumindest teilweise mit einem elastischen Beschichtungsstoff 47 beschichtet und einem nachfolgenden Schritt in das Halteelement (Rotor 23) montiert ist.
Es ist im Rahmen dieses Montageverfahrens vorgesehen, dass der Beschichtungsstoff 47 beispielsweise ein Elastomer, ein copolymerisierter Kunststoff aus Duroplast und Thermoplast oder eine Polymermischung ist.
Es ist vorgesehen, dass der Beschichtungsstoff 47 den Permanentmagneten 38 an einer oder mehreren Seiten 44, 44', 50, 50', 53, 53' bedeckt. Nachdem der Permanentmagnet 38 (3d) mit dem Beschichtungsstoff 47 beschichtet wurde, ist dieser in die Aufnahme 63 des elektromagnetisch erregbaren Bauteils (Rotor 23) der elektrischen Maschine 20, vorzugsweise Rotor, eingesetzt worden. Der Permanentmagnet 38 unter Berücksichtigung des Beschichtungsstoffs 47 und dessen Abmessungen ist maßlich so abgestimmt, dass zwischen den Permanentmagneten 38 mit dem Beschichtungsstoff 47 und der Aufnahme 63 ein Presspassung vorliegt.
5 zeigt den Permanentmagneten 38 in der Aufnahme 61 des Rotors 23 bzw. dessen paketierte Lamellen 60. In diesem Fall weist der Permanentmagnet 38 zu dessen Fixierung in der Aufnahme 63 des elektromagnetisch erregbaren Bauteils 23 der elektrischen Maschine 20 eine zusätzliche Adhäsionsschicht 70 auf, die auf diesen Permanentmagneten 38 bzw. dessen Beschichtungsstoff 47 aufgebracht wurde. Diese Adhäsionsschicht 70 vermittelt eine Haftung zwischen dem Permanentmagneten 38 bzw. dessen Beschichtungsstoff 47 und der Aufnahme 61 des elektromagnetisch erregbaren Bauteils 23.
Ausgehend von dem Ausführungsbeispiel nach 4 kann auch vorgesehen sein, dass zur Fixierung des Permanentmagneten 38 in der Aufnahme 61 des elektromagnetisch erregbaren Bauteils 23 der elektrischen Maschine 20 der Beschichtungsstoff 47 ein expansionsfähiger Stoff ist, der unter Einwirkung eines inneren oder äußeren Reaktionsauslösungsmittels expandiert. Dies bedeutet, dass beispielsweise der Beschichtungsstoff 47 expansionsfähig ist und beispielsweise unter Einwirkung von Strahlung oder Wärme als äußerem Reaktionsauslösungsmittel expandiert und sich somit ausdehnt. Dadurch würde beispielsweise der Permanentmagnet 38 durch die Expansion der Beschichtung 47 verstärkt oder besonders gut in der Aufnahme 61 gehalten werden.
Gemäß einem weiteren hier nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel ausgehend von 4 könnte der Beschichtungsstoff 47 auch ein inneres Reaktionsauslösemittel aufweisen, dass beispielsweise ein Vernetzungsmittel ist. Ein derartiges Vernetzungsmittel, üblicherweise dazu dienend Kunststoffe zu vernetzen, erzeugt bei der Reaktion Wärme, die damit beispielsweise einen expansiven Anteil der Beschichtung 47 dahingehend beeinflusst, dass sich dieser expandiert.
Ausgehend von dem Ausführungsbeispiel nach 5 könnte auch die Adhäsionsschicht 70 das innere Reaktionsauslösungsmittel aufweisen oder auf ein äußeres Reaktionsauslösungsmittel wie bereits erwähnt reagieren und sich dadurch expandieren.
Es ist letztlich eine elektrische Maschine vorgesehen, mit einem Permanentmagneten 38, der gemäß nach einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele montiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10131474 A1 [0001]

Claims

Montageverfahren zum Einpassen eines Permanentmagneten (38) in ein Halteelement (66), wobei der Permanentmagnet (38) durch einen Beschichtungsstoff (47) gehaltert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Permanentmagnet (38) vor dem Einpassen zunächst zumindest teilweise mit einem elastischen Beschichtungsstoff (47) beschichtet unter dem nachfolgenden Schritt in das Halteelement (66) montiert wird.
Montageverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungsstoff (47) beispielweise ein Elastomer, ein copolymerisierter Kunststoff aus Duroplast und Thermoplast, oder eine Polymermischung ist.
Montageverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungsstoff (47) den Permanentmagneten (38) an einer oder mehreren Seiten (44, 44', 50, 50', 53, 53') bedeckt.
Montageverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (38) mit dem Beschichtungsstoff (47) nach dem Beschichten in eine Aufnahme (63) eines elektromagnetisch erregbaren Bauteils einer elektrischen Maschine (20), vorzugsweise Rotor (23), eingesetzt wird.
Montageverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (38) mit dem Beschichtungsstoff (47) maßlich so abgestimmt ist, dass zwischen dem Permanentmagneten (38) mit dem Beschichtungsstoff (47) und der Aufnahme (63) eine Presspassung vorliegt.
Montageverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fixierung des Permanentmagneten (38) in der Aufnahme (63) des elektromagnetisch erregbaren Bauteils (23) der elektrischen Maschine (20) eine zusätzliche Adhäsionsschicht (70) auf den Permanentmagneten (38) aufgebracht wird, die eine Haftung zwischen den Permanentmagneten (38) und der Aufnahme (63) des elektromagnetisch erregbaren Bauteils (23) vermittelt.
Montageverfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fixierung des Permanentmagneten (38) in der Aufnahme (63) des elektromagnetisch erregbaren Bauteils (23) der elektrischen Maschine (20) der Beschichtungsstoff (47) oder die Adhäsionsschicht (70) ein expansionsfähiger Stoff ist, der unter Einwirkung eines inneren oder äußeren Reaktionsauslösungsmittels expandiert.
Montageverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein äußeres Reaktionsauslösungsmittel eine Strahlungseinwirkung oder Wärme ist.
Montageverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein inneres Reaktionsauslösungsmittel ein im Beschichtungsstoff (47) vorhandenes Vernetzungsmittel ist.
Elektrische Maschine mit einem Permanentmagneten (38), der nach einem der vorstehenden Ansprüche montiert ist.