DE102009025622A1

DE102009025622A1 - Rotor und Verfahren zur Positionierung von Magneten eines Rotors

Info

Publication number: DE102009025622A1
Application number: DE102009025622A
Authority: DE
Inventors: Günter Esch; Peter. Dr. Rode
Original assignee: Miele und Cie KG
Current assignee: Miele und Cie KG
Priority date: 2009-06-17
Filing date: 2009-06-17
Publication date: 2010-12-23

Abstract

Ein Rotor (1), insbesondere für einen Elektromotor einer Umwälzpumpe, weist ein an einer Welle (3) montiertes Rotorpaket (2) auf, an dem umlaufend mehrere Taschen (14) ausgebildet sind, in die jeweils ein Magnet (5) eingefügt ist, wobei an jeder Tasche (14) mindestens eine Aussparung (15) vorgesehen ist, in die ein Klemmelement (6) zur Fixierung des jeweiligen Magneten (5) in der Tasche (14) eingefügt ist, wobei die Klemmelemente (6) als formstabile Klemmelemente ausgebildet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Positionierung von Magneten eines Rotors.
Bei bekannten Rotoren werden die Magnete gewöhnlich an einer Außenseite des Rotors oder in Taschen desselben verklebt, um eine dauerhafte Verbindung zwischen dem Rotor und den Permanentmagneten bereitzustellen. Wichtig ist, die Magnete in eine definierte Position zu bringen, um auftretende Unwuchten während des Betriebes zu minimieren. Die Magnete sollen zudem gegen mechanische Beschädigungen geschützt sein. Dazu ist beispielsweise bekannt, die Magnete mit einem Kunststoff zu umspritzen. Das Umspritzen der Rotoren mit außen angebrachten Magneten ist allerdings eine kostenintensive Art des Schutzes vor mechanischer Beschädigung.
Aus der DE 10 2007 015 249 ist ein Rotor mit Permanentmagneten bekannt, bei dem an jeder Tasche des Rotorpaketes mindestens eine sich parallel zur Welle erstreckenden Nut vorgesehen ist, in die ein Klemmelement zur Fixierung des jeweiligen Magneten in der Tasche eingefügt ist. Die Fixierung der Magnete in dieser Weise hat sich in der Praxis durchaus bewehrt, eignet sich jedoch nicht für die Fertigung von Rotoren für eine Großserie, bei der in erhöhtem Maße eine kostenoptimierte Lösung erwünscht ist.
Aus der WO 2007/004009 A2 ist es bekannt, als Klemmelemente Federstahlbügel zu verwenden. Federstahl besitzt eine große Härte bei einer Zugfestigkeit von mehr als 1000 N/mm², er kann deshalb beim Einschieben in die Nuten die Magnete beschädigen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Rotor zu schaffen, der einfach aufgebaut ist, eine exakte Fixierung der Magnete am Rotorpaket gewährleistet sowie kostengünstig herstellbar ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur einfachen und kostengünstigen Positionierung von Magneten eines Rotors zu schaffen.
Diese Aufgaben werden mit einem Rotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einem Rotor mit den Merkmalen des Anspruchs 6 sowie einem Verfahren zur Positionierung von Magneten eines Rotors mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
Erfindungsgemäß sind die Klemmelemente als Verstemmelemente oder alternativ als Elastomerelemente ausgebildet. Durch die Verwendung derart ausgebildeter Klemmelemente ist ein sehr einfaches Platzieren der Klemmelemente in den dafür vorgesehenen Aussparungen ermöglicht. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind niedrige Taktzeiten bei der Befestigung der Magnete möglich. Somit ist diese Befestigungsart eine ideale Lösung für eine Großserienproduktion.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Klemmelemente als Verstemmstifte ausgebildet. Diese können in einfachster Weise in die dafür vorgesehenen Aussparungen eingefügt und anschließend verstemmt werden. Vorteilhaft ist außerdem, dass Fertigungstoleranzen der betreffenden Bauteile durch diese Art der Magnetfixierung kompensiert werden können.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Magnete in der Tasche zusätzlich verklebt. Dadurch ist in Bezug auf die Lebensdauer des Motors eine zusätzliche Sicherheit gegeben. Außerdem kann durch diese Befestigungsart auf bisher verwendete Endscheiben an den Stirnseiten des Rotorpaketes verzichtet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Rotors,
2 eine Schnittansicht durch die in 1 mit B-B bezeichnete Schnittfläche,
3 eine Schnittansicht durch die in 1 mit A-A bezeichnete Schnittfläche (Längsschnitt),
4 eine Detailansicht des in 3 mit C bezeichneten Ausschnitts,
5 einen Zuführ- und Verstemmautomaten.
Wie in den 1 und 3 zu erkennen ist, umfasst ein Rotor 1 für einen permanentmagneterregten Motor, insbesondere für einen Elektromotor eine Umwälzpumpe, ein Rotorpaket 2, durch das eine Welle 3 geführt ist. Die Welle 3 kann gestuft ausgebildet sein und mit einem Getriebe oder anzutreibenden Bauteil verbunden werden.
In dem Rotorpaket 2 sind, wie in 1 gezeigt, vier Taschen 7 ausgespart, in denen jeweils ein Magnet 4, vorzugsweise ein Permanentmagnet, insbesondere ein Seltenerdmagnet mit Spiel eingefügt ist. Der Magnet 4 besitzt annähernd die gleiche Breite wie das Rotorpaket 2 und ist in den Taschen 7 lagefixiert gehalten. Dazu ist jeweils an einer Längsseite der Taschen 7 eine Aussparung 5 vorgesehen, in die jeweils ein formstabiles Klemmelement 6 eingefügt ist, das den jeweiligen Magneten 4 klemmend nach außen gegen das Rotorpaket 2 drückt. Anstelle der gezeigten mittigen Anordnung der Aussparung 5 kann diese auch seitlich vorgesehen sein.
Wie in den 2 bis 4 zu erkennen ist, ist das Klemmelement 6 bevorzugt als Verstemmstift ausgebildet, der, nachdem er in die Aussparung 5 eingesetzt ist, mittels eines Verstemmwerkzeugs 8 in der Aussparung 5 verstemmt wird und dadurch den jeweiligen Magneten 4 klemmend nach außen gegen das Rotorpaket 2 drückt. Durch die Verstemmung mit dem Verstemmwerkzeug 8 werden die Verstemmstifte, welche bevorzugt aus einem weichen metallischen Draht mit einer Zugfestigkeit von weniger als 300 N7mm² bestehen, in ihrer Gestalt so verändert, dass der anfängliche Durchmesser D_A des jeweiligen Verstemmstiftes zu einem Verstemmstift mit einem größeren Enddurchmesser D_E zusammengestaucht wird. Hier eignet sich insbesondere Kupfer mit einer Zugfestigkeit von ca. 200 N/mm². Aluminium oder eine Zinnlegierung sind mit Zugfestigkeiten unter 100 N/mm² zwar besser verformbar, neigen aber zum Fließen und damit zum Verlust der Andruckkraft und sind deshalb nur eingeschränkt möglich. Das entsprechende zulässige Endmaß für die Verstemmung wurde dabei vorab ermittelt. Die zugeschnittenen Drahtstücke für das Verstemmen der Magnete 4 können über einen Zuführ- und Verstemmautomaten 10 (siehe 5) leicht im Rotor 2 platziert werden.
Als Alternative zur Befestigung der Magnete durch die Verstemmstifte ist der Einsatz von Elastomerelementen, insbesondere in der Gestalt von Elastomerkugeln, denkbar, wobei das Elastomerelement vor dem Einsetzen in die jeweilige Aussparung 5 in eine Form gebracht wird, in der sie in die Aussparung einsetzbar ist. Durch die Eigenschaft des Elastomers, sich aus einer vorab umgestalteten Form in eine Ausgangsform zurückzubilden, werden die Magnete 4 ebenfalls in der jeweiligen Außenwand der jeweiligen Magnettasche 7 fixiert.
In einer weiteren Ausführungsvariante sind die Magnete und/oder die Klemmelemente 6 in der Tasche 7 zusätzlich verklebt. Diese Verklebung kann entweder durch eine kleine Menge eines Klebemittels, bevorzugt eines flüssigen und sich nach einer bestimmten Zeit verfestigenden Klebemittels, mit dem der verstemmte Draht benetzt wird oder auch durch eine vollständige Verfüllung des zwischen dem Magneten 4 und der mit der Aussparung 5 versehenen Innenwand der jeweiligen Tasche 7 vorhandenen Spalts mit einem Klebstoff ausgefüllt sein.
Von den Klemmelementen 6 wird nach dem Einbringen in die dafür vorgesehenen Aussparungen 5 und dem Verstemmen eine Andruckkraft auf die Magnete 4 ausgeübt. Sie liegt bevorzugt in einer Größenordnung, bei der für das Herausziehen der unverklebten Magnete 4 eine Kraft von 80 bis 150 Newton benötigt wird und welche einen ausreichenden Anpressdruck über mindestens 20 Jahre hinweg gewährleistet.
Zur Positionierung der Magnete in einen Rotor werden zunächst die Magnete 4 in die jeweiligen Taschen 7 eingesetzt. Anschließend werden die als Verstemmelemente ausgebildeten Klemmelemente 6 in der jeweiligen Aussparung 5 platziert und dort mittels des Zuführ- und Verstemmautomaten 10 verstemmt. Dadurch werden die Klemmelemente 6 auf ein vorbestimmtes Maß zusammengedrückt, was im Fall der als Verstemmstifte ausgebildeten Klemmelemente zu einer teilweisen Vergrößerung des Durchmessers der Verstemmstifte führt und somit eine Fixierung der Magnete in den jeweiligen Taschen erreicht wird.
Vorzugsweise werden in einem weiteren Verfahrensschritt die Klemmelemente 6 und/oder die Magnete 4 zumindest teilweise mit einem Klebstoff benetzt, so dass die Magnete dadurch dauerhaft im Rotor befestigt sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102007015249 [0003]
- WO 2007/004009 A2 [0004]

Claims

Rotor (1) für einen Elektromotor, insbesondere einer Umwälzpumpe, mit einem an einer Welle (3) montierbaren Rotorpaket (2), an dem umlaufend mehrere Taschen (7) ausgebildet sind, in die jeweils ein Magnet (4) eingefügt ist, wobei an jeder Tasche (7) mindestens eine Aussparung (5) vorgesehen ist, in die ein Klemmelement (6) zur Fixierung des jeweiligen Magneten (4) in der Tasche (7) eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmelemente (6) als Verstemmelemente ausgebildet sind.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmelemente (6) als Verstemmstifte ausgebildet sind.
Rotor nach einem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstemmstifte aus einem weichen metallischem Draht geformt sind, dessen Zugfestigkeit unter 300 N/mm² liegt.
Rotor nach einem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Draht ein Kupferdraht ist.
Rotor nach einem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Draht ein Aluminiumdraht ist.
Rotor nach einem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Draht aus einer Zinnlegierung besteht.
Rotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmelemente (6) als Elastomerelemente ausgebildet sind.
Rotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmelemente (6) kugelförmig ausgebildet sind.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (4) in der Tasche (7) verklebt sind.
Rotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmelemente (6) in der Tasche (7) verklebt sind.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Magnete (4) im verklemmten Zustand mit einer Außenfläche gegen eine Innenseite der Tasche (7) gedrückt ist, die der mit der Aussparung (5) versehenen Innenwand der jeweiligen Tasche (7) gegenüberliegt und zwischen der mit der Aussparung (5) versehenen Innenwand der jeweiligen Tasche (7) und dem jeweiligen Magneten (4) ein Spalt ausgebildet ist.
Rotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt zumindest teilweise mit einem Klebemittel verfüllt ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Klemmelementen (6) auf die Magnete (4) ausgeübte Andruckkraft in einer Größenordnung liegt, bei der für das Herausziehen der Magnete 4 eine Kraft von 80 bis 150 Newton benötigt wird.
Verfahren zur Positionierung von Magneten (4) eines Rotors nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5 und 8 bis 12, mit den Verfahrensschritten: • Einsetzen der Magnete (4) in die jeweilige Tasche (7), • Platzieren der Klemmelemente (6) in der Aussparung (5), • Verstemmen der Magnete (4) durch Zusammendrücken der Klemmelemente (6) auf ein vorbestimmtes Maß.
Verfahren nach Anspruch 15, mit dem weiteren Verfahrensschritt: • Mindestens teilweises Benetzen der Klemmelemente (6) mit einem Klebstoff.