DE102008029515A1

DE102008029515A1 - Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Kältemittelkompressorantriebsmotors

Info

Publication number: DE102008029515A1
Application number: DE102008029515A
Authority: DE
Inventors: Anders Jacob Madsen; Olaf Worm
Original assignee: Danfoss Compressors GmbH
Current assignee: Secop GmbH
Priority date: 2008-06-21
Filing date: 2008-06-21
Publication date: 2009-12-31

Abstract

Es wird ein Rotor (1) einer elektrischen Maschinen, insbesondere eines Kältemittelkompressorantriebsmotors, angegeben mit einem Korpus (2) und mehreren Permanentmagneten (8), die am Umfang (7) des Korpus (2) angeordnet sind. Man möchte einen derartigen Rotor mit geringem Aufwand herstellen können. Hierzu ist vorgesehen, dass der Korpus (2) aus einem zu einem Hohlkörper geformten Blech gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Kältemittelkompressorantriebsmotors, mit einem Korpus und mehreren Permanentmagneten, die am Umfang des Korpus angeordnet sind.
Ein derartiger Rotor ist beispielsweise aus US 2003/0193255 A1 bekannt. Der Korpus ist als Blechpaket ausgebildet, bei dem viele Bleche aufeinander geschichtet sind. Diese Bleche werden durch ein Gestänge miteinander verschraubt. Die Permanentmagnete werden durch eine Bandage radial gegen die Fliegkraft gesichert, die an den axialen Enden des Korpus durch Spannringe auf einem axial über die Magnete überstehenden Teil fest gespannt ist.
US 4 910 861 zeigt einen weiteren Rotor, bei dem der Korpus ebenfalls aus einem Stapel aus Blechronden ge bildet sein kann. Alternativ kann der Korpus auch aus einem massiven Stahlkörper gebildet sein, der mit einer Bohrung versehen wird. Weiterhin ist als Alternative angegeben, dass der Korpus gesintert wird. Die Permanentmagnete am Umfang werden durch eine Kunststoffhülse festgehalten.
Die Verwendung von Blechronden, die zu einem Korpus aufeinander gestapelt werden, hat sich zwar bewährt. Allerdings ergeben sich hier Beschränkungen im Hinblick auf die Formgebung. Insbesondere dürfen bestimmte Materialbereiche nicht zu dünn ausgebildet werden, weil dann die Blechronden nur noch mit Schwierigkeiten handhabbar sind. Die Verwendung eines massiven Körpers erfordert einen relativ hohen Materialeinsatz und eine aufwändige Bearbeitung. Auch die Herstellung eines Korpus aus gesintertem Material erfordert einen gewissen Aufwand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotor mit geringem Aufwand herzustellen.
Diese Aufgabe wird bei einem Rotor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Korpus aus einem zu einem Hohlkörper geformten Blech gebildet ist.
Man kann für die Herstellung des Rotors also einfach ein Blech verwenden, das mit einer ausreichenden Dicke vorliegt. Dieses Blech kann dann zu einem Hohlkörper umgeformt werden, der zumindest abschnittsweise eine Zylinderform aufweist. Im Bereich der Zylinderform können dann die Permanentmagnete angeordnet werden. Im Übrigen ist man bei der Formgebung des Hohlkörpers rela tiv frei. Der Hohlkörper ist allerdings zweckmäßigerweise an einem axialen Ende offen. Das Umformen eines Blechs ist mit vertretbarem Aufwand möglich.
Dies gilt insbesondere dann, wenn der Hohlkörper als Tiefziehelement ausgebildet ist. Tiefziehen ist ein bewährtes Umformverfahren, bei dem der Hohlkörper mit einer relativ hohen Genauigkeit hergestellt werden kann.
Vorzugsweise weist der Hohlkörper an einem axialen Ende radial abgebogene Laschen auf, wobei jeweils ein Permanentmagnet zwischen zwei Laschen angeordnet ist. Die Laschen lassen sich mit einer sehr hohen Genauigkeit einstückig am Hohlkörper anbringen. Sie sind dort sozusagen unverlierbar gehalten, so dass sie bei dem nachfolgenden Montieren der Permanentmagnete ihre Position beibehalten. Die Permanentmagnete werden zwischen den Laschen positioniert, wobei die Laschen verwendet werden, um die Position der Permanentmagnete exakt zu definieren. Je genauer die Permanentmagnete relativ zueinander positioniert sind, desto besser ist später das Betriebsverhalten des mit dem Rotor ausgerüsteten Motors.
Vorzugsweise weisen die Laschen eine geringere Wandstärke als der Hohlkörper im Bereich der Permanentmagnete auf. Die Laschen dienen, wie gesagt, nur zur Positionierung der Permanentmagnete. Sie müssen im Übrigen keine größeren Kräfte aufnehmen. Dementsprechend kann man sie mechanisch relativ schwach ausbilden und verstärkt darauf achten, dass die Laschen den magnetischen Fluss im Rotor nicht negativ beeinflussen.
Vorzugsweise weisen die Laschen eine radial von innen nach außen zunehmende Erstreckung in Umfangsrichtung auf. Die Laschen sind also leicht keilförmig gebildet, so dass sie eine bessere Positionierhilfe für die Permanentmagnete bilden können.
Bevorzugterweise weisen die Permanentmagnete an ihrer den Laschen benachbarten Stirnseite eine Abschrägung auf. Die Permanentmagnete können dann flächig an den Laschen anliegen, was die Positioniergenauigkeit weiter verbessert.
Auch ist von Vorteil, wenn die Permanentmagnete in radialer Richtung über die Laschen vorstehen. Die Laschen stören dann nicht bei der Befestigung der Permanentmagnete am Korpus mit weiteren Mitteln. Darüber hinaus ist das Risiko einer Störung des magnetischen Flusses klein.
Vorzugsweise ist der Korpus becherförmig mit einer Bodenwand ausgebildet, wobei in der Bodenwand eine Wellenöffnung vorgesehen ist. In der Wellenöffnung kann später eine Rotorwelle befestigt werden, mit der der Rotor seine Rotation auf den Kältemittelkompressor überträgt. Die Becherform einschließlich der Wellenöffnung kann beim Tiefziehvorgang erzeugt werden.
Bevorzugterweise weist der Korpus zwischen den Permanentmagneten und der Bodenwand einen sich verjüngenden Bereich auf. Man kann dann den Rotor in seinem ”Arbeitsbereich”, also dort, wo die Permanentmagnete angeordnet sind, mit einem relativ großen Durchmesser versehen, so dass hier auf einfache Weise ein relativ großes Antriebsmoment erzeugt werden kann. Gleichzeitig ist man aber nicht gezwungen, eine Rotorwelle mit einem entsprechend großen Durchmesser zu verwenden, was im Hinblick auf die Lagerung Vorteile bietet.
Vorzugsweise sind die Permanentmagnete von einer Hülse umgeben. Man kann die Permanentmagnete an der Umfangsfläche des Korpus auch auf andere Weise befestigen, beispielsweise festkleben. Eine Hülse ist aber ein einfaches Mittel, um die Permanentmagnete gegen die im Betrieb auftretenden Fliegkräfte am Umfang des Korpus festzuhalten.
Hierbei ist bevorzugt, dass die Hülse ein erstes axiales Ende mit einer Durchmesservergrößerung aufweist. Insbesondere kann die Hülse am ersten axialen Ende mit einer leichten Abschrägung versehen sein, so dass sie mit diesem ersten Ende leichter über die Permanentmagnete hinweg geschoben werden kann, um danach auf die Permanentmagnete aufgeschrumpft zu werden. Insbesondere in Verbindung mit der Tatsache, dass die Laschen eine geringere axiale Erstreckung als die Permanentmagnete haben, lässt sich erreichen, dass die Hülse nicht durch die Laschen gestützt wird, wenn sie sich zusammenzieht. Die Hülse spannt dann die Permanentmagnete auf den Umfang des Korpus.
Vorzugsweise weist die Hülse am ersten axialen Ende eine Wandstärkenverdickung auf. Dies erhöht die mechanische Beanspruchbarkeit. Insbesondere wird das Risiko vermindert, dass die Hülse hier einreißt.
Vorzugsweise weist die Hülse ein zweites axiales Ende auf, das radial nach innen umgeformt ist. Diese Umformung hat zwei Vorteile. Zum Einen kann man sie verwenden, um einen ”Anschlag” zu bilden, der an den Permanentmagneten zur Anlage kommt, wenn die Hülse ihre endgültige Position erreicht hat. Zum Anderen bietet die Umformung radial nach innen wiederum eine gewisse Verstärkung, so dass auch hier das Risiko eines Einreißens gering ist.
Vorzugsweise geht das zweite axiale Ende mit einem Bogen in eine Ringscheibe über, die in Axialrichtung einen vorbestimmten Abstand zum zweiten axialen Ende aufweist. Dadurch wird eine Verstärkung der Hülse am zweiten axialen Ende gebildet, die beim Aufschieben der Hülse auf die Permanentmagnete in gewissem Umfang elastisch nachgiebig ist, andererseits aber auch mechanisch stabil genug ist, um Risse zu vermeiden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einer Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
1 einen Rotor in verschiedenen Ansichten,
2 einen Korpus des Rotors in verschiedenen Ansichten,
3 einen Permanentmagneten in verschiedenen Ansichten und
4 eine Hülse in verschiedenen Ansichten.
1 zeigt einen Rotor 1 eines Kältemittelkompressorantriebsmotors. Hierbei zeigen 1a den Rotor von einer ersten Stirnseite aus, 1b den Rotor 1 von der anderen Stirnseite, 1c einen Schnitt B-B nach 1a und 1d einen Schnitt A-A nach 1a.
Der Rotor 1 weist einen Korpus 2 auf, der aus einem tiefgezogenen Blech gebildet ist und einen Hohlkörper bildet. Das Blech des Korpus 2 kann eine gewisse Wandstärke aufweisen, beispielsweise einige Millimeter.
Der Korpus 2 ist becherartig ausgebildet mit einem Zylinderabschnitt 3 und einer Bodenwand 4. In der Bodenwand 4 ist eine Wellenöffnung 5 vorgesehen, durch die später eine Rotorwelle geführt werden kann. Man kann die Wellenöffnung 5 auch weglassen und die Welle beispielsweise stumpf an der Bodenwand 4 befestigen. Zwischen dem Zylinderabschnitt 3 und der Bodenwand 4 ist ein sich verjüngender Bereich 6 angeordnet. Dieser Bereich 6 weist eine kleine Wölbung radial nach innen auf. Man ist hier in der Formgebung aber relativ frei.
Der Zylinderabschnitt 3 hat zumindest an seinem Außenumfang 7 die Form eines Kreiszylinders. An diesem Außenumfang 7 sind mehrere Permanentmagnete 8 montiert. Sie können dort beispielsweise festgeklebt sein.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sechs Permanentmagnete 8 vorgesehen, die alle die gleiche Form haben. Dies ist aber nicht zwingend. Es können auch mehr oder weniger Permanentmagnete 8 vorgesehen sein. Die Permanentmagnete können sich in ihrer Form auch unterscheiden.
Eine Hülse 9 umgibt die Permanentmagnete 8 und spannt sie auf dem Außenumfang 7 des Korpus 2 fest. In Abhängigkeit von der gewählten Befestigungsart der Permanentmagnete 8 am Zylinderabschnitt 3 des Korpus 2 kann die Hülse 9 gegebenenfalls auch weggelassen werden, beispielsweise wenn die Permanentmagnete 8 so am Korpus 2 festgeklebt sind, dass sie den im Betrieb auftretenden Fliegkräften widerstehen können.
Der Korpus 2 weist an dem Ende des Zylinderabschnitts 3, das von der Bodenwand 4 abgewandt ist, mehrere radial nach außen vorstehende Laschen 10 auf. Diese Laschen 10 haben eine etwas geringere Wandstärke als der Korpus 2 im Zylinderabschnitt 3. Die Wandstärke kann beispielsweise halb so groß sein. Die Laschen 10 können bei der Herstellung des Korpus 2 gleich mitgeformt werden, was insbesondere dann relativ einfach möglich ist, wenn der Korpus 2 als Tiefziehteil ausgebildet ist.
Die Laschen 10 haben eine geringere axiale Erstreckung als die Permanentmagnete 8. Sie haben auch eine geringere radiale Erstreckung als die Permanentmagnete 8, so dass die Permanentmagnete 8 in radialer Richtung über die Laschen 10 vorstehen. Wenn die Hülse 9 auf die Permanentmagnete 8 aufgeschoben wird, dann kann die Hülse 9 unmittelbar auf die Permanentmagnete 8 wirken, ohne dass sie an den Laschen 10 anliegt.
2 zeigt den Korpus 2 in verschiedenen Ansichten. Dabei zeigt 2a eine Ansicht entsprechend 1a,
2b zeigt einen Schnitt B-B nach 2a, 2c zeigt einen Schnitt A-A nach 2a und 2d zeigt eine perspektivische Darstellung des Korpus 2.
Es ist zu erkennen, dass die Laschen 10 etwa rechtwinklig vom Zylinderabschnitt 3 abgebogen sind und nur eine geringe axiale Erstreckung aufweisen. Ferner ist zu erkennen, dass sich die Laschen 10 von radial innen nach radial außen in Umfangsrichtung etwas verbreitern. Die Laschen 10 haben radial außen eine Erstreckung in Umfangsrichtung, die etwa 10 bis 20% größer ist als ihre Erstreckung am radial inneren Ende. Gleichwohl sind die einander zugewandten Seitenflanken von benachbarten Laschen 10 nicht parallel angeordnet.
Der Korpus 2 weist eine Wandstärke auf, die im Bereich von 50% bis 100% der radialen Erstreckung der Permanentmagnete 8 liegt. Im vorliegenden Fall beträgt die Wandstärke etwa 70% der Dicke der Permanentmagnete 8.
3 zeigt einen Permanentmagneten 8 in verschiedenen Darstellungen. Dabei zeigt 3b einen Schnitt A-A nach 3a und 3c zeigt eine Draufsicht auf den Permanentmagneten 8. Die 3d u. 3e zeigen den Permanentmagneten 8 in perspektivischer Darstellung von radial innen und radial außen.
Der Permanentmagnet 8 weist eine Bogenform auf mit einer Krümmung an seiner radialen Innenseite 11, die an die Krümmung des Außenumfangs 7 angepasst ist. An seinen beiden Stirnseiten weist der Permanentmagnet 8 jeweils eine Abschrägung 12 auf, so dass der Permanentmagnet 8 mit einer gewissen radialen Erstreckung an den jeweils benachbarten Laschen 10 anliegen kann. Ferner weist der Permanentmagnet 8 eine radiale Außenseite 13 auf, die nicht unbedingt die Form eines Kreiszylinders haben muss. Wie aus 1a zu erkennen ist, kann die Hülse 9 beispielsweise nur am Bereich der Umfangsenden 14, 15 an den Permanentmagneten 8 anliegen, wobei in der Mitte in Umfangsrichtung eine Lücke 16 zwischen der Hülse 9 und den Permanentmagneten 8 bleibt.
4 zeigt die Hülse 9 mit weiteren Einzelheiten. Dabei zeigt 4a eine Draufsicht auf die Hülse 9 entsprechend der Ansicht von 1a, 4b eine Seitenansicht, 4c eine perspektivische Darstellung, 4d ein Detail A in einer vergrößerten Darstellung im Schnitt und 4e zeigt ein Detail B aus 4b in vergrößerter Darstellung ebenfalls im Schnitt.
Die Hülse 9 weist an einem ersten axialen Ende 17 eine Durchmesservergrößerung 18 auf. Diese Durchmesservergrößerung 18 ist dadurch gebildet, dass sich die Hülse 9 hier konisch etwas erweitert. Am ersten axialen Ende 17 weist die Hülse 9 zudem eine Wandstärkenverdickung 19 auf. Mit der Durchmesservergrößerung 18 ist es leichter, die Hülse 9 auf die am Außenumfang 7 des Korpus 2 montierten Permanentmagnete 8 aufzuschieben.
Am anderen axialen Ende 20 weist die Hülse einen Bogen 21 auf, der radial einwärts gebogen ist und in eine Ringscheibe 22 übergeht, die einen vorbestimmten Abstand x zum axialen Ende 20 aufweist. Die Ringscheibe 22 kann als Anschlag verwendet werden, wenn die Hülse 9 auf die Permanentmagnete 8 aufgeschoben wird.
Die Herstellung eines derartigen Rotors ist relativ einfach. Man verwendet ein Blech beispielsweise mit der Wandstärke des Korpus 2 und formt dieses Blech in einem Tiefziehvorgang zum Korpus 2 um. Der Tiefziehvorgang kann unter Umständen aus mehreren Schritten bestehen. Dabei wird auch die Wellenöffnung 5 erzeugt, beispielsweise durch Stanzen. Auch die Laschen 10 werden ausgestanzt und abgebogen.
Danach werden die Permanentmagnete 8 montiert und zwischen den Laschen 10 ausgerichtet. Die Permanentmagnete 8 können dabei beispielsweise am Außenumfang 7 des Korpus 2 festgeklebt werden. Wenn eine Hülse 9 verwendet wird, dann kann dieses Festkleben auch nur provisorisch erfolgen, d. h. die Klebeverbindung muss nicht dauerhaft sein.
Wenn die Hülse 9 verwendet wird, dann ist es zweckmäßig, sie aufzuschrumpfen. Zu diesem Zweck wird die Hülse 9, die dann z. B. aus einem Metall gebildet ist, erhitzt, so dass sie sich ausdehnt. Die Hülse 9 wird dann mit ihrem ersten axialen Ende 17 über die Permanentmagnete 8 geführt, bis die Ringscheibe 22 am anderen axialen Ende an den Permanentmagneten anliegt. Danach wird die Hülse 9 abgekühlt und schrumpft sich dann auf die Permanentmagnete 8. Durch die Laschen 10 können die Permanentmagnete 9 bei diesem Schrumpfungsprozess ihre Position nicht verändern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 2003/0193255 A1 [0002]
- US 4910861 [0003]

Claims

Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Kältemittelkompressorantriebsmotors, mit einem Korpus und mehreren Permanentmagneten, die am Umfang des Korpus angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Korpus (2) aus einem zu einem Hohlkörper geformten Blech gebildet ist.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper als Tiefziehelement ausgebildet ist.
Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper an einem axialen Ende radial abgebogene Laschen (10) aufweist, wobei jeweils ein Permanentmagnet (8) zwischen zwei Laschen (10) angeordnet ist.
Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laschen (10) eine geringere Wandstärke als der Hohlkörper im Bereich der Permanentmagnete (8) aufweisen.
Rotor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Laschen (10) eine radial von innen nach außen zunehmende Erstreckung in Umfangsrichtung aufweisen.
Rotor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (8) an ihrer den Laschen (10) benachbarten Stirnseite eine Abschrägung (12) aufweisen.
Rotor nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (8) in radialer Richtung über die Laschen (10) vorstehen.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Korpus (2) becherförmig mit einer Bodenwand (4) ausgebildet ist, wobei in der Bodenwand (4) eine Wellenöffnung (5) vorgesehen ist.
Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Korpus (2) zwischen den Permanentmagneten (8) und der Bodenwand (4) einen sich verjüngenden Bereich (6) aufweist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (8) von einer Hülse (9) umgeben sind.
Rotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse ein erstes axiales Ende (17) mit einer Durchmesservergrößerung (18) aufweist.
Rotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse am ersten axialen Ende (17) eine Wandstärkenverdickung (19) aufweist.
Rotor nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (9) ein zweites axiales Ende (20) aufweist, das radial nach innen umgeformt ist.
Rotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite axiale Ende (20) mit einem Bogen (21) in eine Ringscheibe (22) übergeht, die in Axialrichtung einen vorbestimmten Abstand x zum zweiten axialen Ende (20) aufweist.