DE102011008384A1

DE102011008384A1 - Permanentmagnet-Läufer

Info

Publication number: DE102011008384A1
Application number: DE102011008384A
Authority: DE
Inventors: Luciano N.T. Marchitto
Original assignee: Gate SRL
Current assignee: Gate SRL
Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2011-07-21
Also published as: JP5730045B2; CN102163900A; JP2011147338A; US8395293B2; IT1397782B1; CN102163900B; US20110187210A1; ITTO20100024A1

Abstract

Ein Permanentmagnetläufer für einen bürstenlosen Elektromotor mit einem Innenständer hat eine Tragestruktur, die aus gespritztem Kunststoff gefertigt ist und die einen im Wesentlichen scheibenförmigen Bereich einschließt, mit dem eine Welle mittig verbunden ist. Der Umfang der Scheibe grenzt an einen im Wesentlichen zylindrischen Käfigbereich, der sich koaxial um die Welle erstreckt. Eine Mehrzahl von magnetisch leitfähigen Jochen ist in dem Käfigbereich angeordnet. Die Joche sind als Ringsegmente geformt, die als ein Ganzes eine im Wesentlichen zylindrische Wand bilden. Eine Mehrzahl von Ringsegmentpermanentmagneten sind jeweils rittlings zu der Kontaktstelle eines Paares von benachbarten Jochen angeordnet. Jedes Joch hat eine Abmessung, die sich von den Umfangsenden davon zu seinem mittleren Umfangsbereich vergrößert, so dass sich die Querschnittsfläche des Joches in einer radialen Ebene entsprechenden von den Enden davon zu seinem mittleren Bereich vergrößert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft einen Permanentmagnetläufer für einen elektrischen bürstenlosen Gleichstrommotor mit einem Innenständer.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Mehr insbesondere betrifft die Erfindung einen Läufer mit einer Tragestruktur aus gespritztem Kunststoff, die einen im Wesentlichen scheibenförmigen Bereich umfasst, an den eine Welle mittig angeschlossen ist und dessen Umfang an einen im Wesentlichen zylindrischen Käfigbereich angrenzt, der sich koaxial um die Welle erstreckt, und in dem befestigt sind: eine Mehrzahl von Jochen, die aus magnetisch leitfähigem Material gefertigt und als Ringsegmente geformt sind, die als Ganzes eine im Wesentlichen zylindrische Wand bilden, und eine Mehrzahl von Permanentmagneten, ähnlich geformt wie die Ringsegmente, die jeweils rittlings zu einer Kontaktstelle eines Paares von benachbarten Jochen angeordnet sind.
Es besteht ein Wunsch der vorliegenden Erfindung, einen Läufer dieser Art zu schaffen, der einfach und kostengünstig herzustellen ist, wenig wiegt und eine verbesserte magnetische Effizienz und verringerte Herstellungstoleranzen hat.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Demgemäß schafft die vorliegende Erfindung in einem Aspekt davon einen Permanentmagnetläufer für einen bürstenlosen Elektromotor mit einem Innenständer, wobei der Läufer eine Tragestruktur, die aus gespritztem Kunststoff gefertigt ist und einen im Wesentlichen scheibenförmigen Bereich umfasst, mit dem eine Welle mittig verbunden ist und dessen Umfang an einem im Wesentlichen zylindrischen Käfigbereich angrenzt, der sich koaxial um die Welle erstreckt und in dem eine Mehrzahl von Jochen angeordnet sind, die aus einem magnetisch leitenden Material gefertigt sind und als Ringsegmente geförmt sind, die als Ganzes eine im Wesentlichen zylindrische Wand bilden, und eine Mehrzahl von Permanentmagneten, die ähnlich wie die Ringsegmente geformt sind, und die jeweils rittlings zu der Kontaktstelle eines Paares von benachbarten Jochen angeordnet sind, wobei jedes Joch eine Abmessung hat, die sich von den Umfangsenden davon zu seinem mittleren Umfangsbereich vergrößert, so dass sich die Querschnittsfläche des Joches in einer radialen Ebene entsprechend von den Enden davon zu seinem mittleren Bereich vergrößert.
Vorzugsweise hat jedes Joch eine im Wesentlichen konstante Dicke.
Vorzugsweise wird jedes Joch aus einem planaren ausgestanzten Stück durch Kaltwalzen entlang einer Richtung (A) erhalten, die sich von einem Ende davon zu dem anderen Ende davon erstreckt.
Alternativ hat jedes Joch eine radiale Dicke, die sich in Umfangsrichtung von den Enden davon zu seinem mittleren Bereich hin vergrößert.
Vorzugsweise ist die Tragestruktur aus Kunststoff gefertigt, der um die mittige Welle und um die Joche gespritzt ist.
Vorzugsweise hat jedes Joch in seinem mittleren Bereich einen gekrümmten Fortsatz, der durch Umspritzen in den Scheibenbereich der Tragestruktur eingebracht ist.
Vorzugsweise bildet der Käfigbereich der Tragestruktur eine Mehrzahl von Holmen, die im Wesentlichen parallel zu der Achse des Läufers sind und sich radial einwärts erstrecken, im Wesentlichen in der Mitte der Joche, so dass zwischen jedem Paar von benachbarten Holmen ein Sitz für einen entsprechenden Permanentmagneten gebildet ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung einen bürstenlosen Elektromotor, der einen wie oben beschriebenen Läufer einschließt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden nur exemplarisch mit Bezug auf die Figuren der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Figuren sind identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur erscheinen, grundsätzlich mit einem gleichen Bezugszeichen in all den Figuren, in denen sie erscheinen, gekennzeichnet. Abmessungen von Bauteilen und Merkmalen, die in den Figuren gezeigt sind, sind grundsätzlich zur Übersichtlichkeit und Klarheit der Darstellung gewählt und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Die Figuren sind im Folgenden aufgelistet.
1 ist eine Ansicht eines teilweise vollständigen Permanentmagnetläufers gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein diagrammatischer Teilquerschnitt durch den Permanentmagnetläufer von 1;
3 ist ein Diagramm, das qualitativ die Stärkekurve des Magnetflusses in einem Joch des Läufers von 2 zeigt;
4 ist eine perspektivische Ansicht eines halbfertigen Teiles, aus dem nachfolgend ein Joch für den Läufer gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann; und
5 ist eine perspektivische Ansicht eines Joches für den Läufer von 1.
DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In den 1 und 2 ist 1 ein grundsätzliches Bezugszeichen für einen Permanentmagnetläufer für einen elektrischen bürstenlosen Gleichstrommotor mit einem Innenständer (nicht gezeigt). Es soll beachtet werden, dass in 1 die Permanentmagneten des Permanentmagnetläufers zum Zeigen der Struktur des Läufers weggelassen worden sind.
Insbesondere mit Bezug auf 1 umfasst der Läufer 1 eine Tragestruktur 2, die aus gespritztem Kunststoff hergestellt ist. Diese Struktur 2 schließt einen im Wesentlichen scheibenförmigen Bereich 3 ein. Die Tragestruktur 2 ist um die mittige Welle 5 gespritzt, die sich koaxial von dem scheibenförmigen Bereich 3 erstreckt. Der Umfang des scheibenförmigen Bereiches 3 grenzt an einen im Wesentlichen zylindrischen Käfigbereich 6, der sich koaxial um die Welle 5 erstreckt.
In der gezeigten Ausführungsform umfasst der Käfigbereich 6 der Trägerstruktur 2 im Wesentlichen einen ersten Ring 7, der mit dem Umfang des scheibenförmigen Bereiches 3 verbunden ist, und einen zweiten Ring 8, der durch eine Mehrzahl von im Wesentlichen zu der Achse O-O des Läufers parallelen Holmen 9 mit dem Ring 7 verbunden ist.
In dem Käfigbereich 6 der Tragestruktur 2 sind eine Mehrzahl von Jochen 10 aus magnetisch leitfähigem Material eingeschlossen, vorzugsweise aus Siliziumstahl, die als Ringsegmente geformt sind. Diese Joche sind derart nebeneinander angeordnet, dass sie zusammen eine im Wesentlichen zylindrische Wand bilden (siehe 2).
Der Läufer 1 umfasst außerdem eine Mehrzahl von Permanentmagneten 11 (2), die ebenfalls als Ringsegmente geformt sind und in einer Richtung senkrecht zu der Achse O-O des Läufers 1 magnetisiert sind. Die Polaritäten dieser Magnete in 2 sind mit S („Süd”) und N („Nord”) gekennzeichnet, um die Polarität an der Oberfläche des dem Stator gegenüberliegenden Magneten zu kennzeichnen. Die Permanentmagnete 11 sind in dem Käfigbereich 6 der Tragestruktur 2 jeweils zwischen zwei aufeinander folgenden Holmen 9 befestigt, so dass jeder Magnet rittlings zu dem Kontaktpunkt zwischen zwei benachbarten Jochen 10 ist.
Mit Bezug auf 2 ist aufgrund der oben beschriebenen Anordnung ein magnetischer Flusspfad durch jedes Joch 10 gebildet. Der Fluss kommt aus einer Hälfte eines Permanentmagneten 11 und fließt zu der benachbarten Hälfte des nächsten Permanentmagneten 11. Die Anordnung ist außerdem derart, dass es eine wesentliche Konzentration des Flusses in den radialen Querschnitten jedes Joches 10 an ihren mittleren Umfangsbereichen gibt.
3 zeigt qualitativ die Kurve des magnetischen Flusses Φ, gezeigt auf der vertikalen Achse, gegen den Winkel α auf der horizontalen Achse (siehe auch 2): der Fluss Φ ist in der Mitte (α1) des Joches am größten.
Die Joche 10 haben eine im Wesentlichen konstante Dicke. Wie insbesondere in 1 und 5 zu sehen hat jedes Joch 10 überdies parallel zu der Achse O-O des Läufers 1 eine Abmessung (Höhe), die sich von den Enden davon zu seinem mittleren Bereich vergrößert, so dass sich die Querschnittsfläche des Joches in einer radialen Ebene entsprechend in Umfangsrichtung von den Enden davon zu dem mittleren Bereich vergrößert.
Vorteilhaft wird jedes Joch 10 aus einem planaren ausgestanzten Stück erhalten, das auch mit 10 in 4 bezeichnet ist, durch Kaltwalzen entlang einer Richtung von einem Ende davon zu dem anderen, wie durch den gestrichelten Pfeil A in 4 gezeigt. Das hat den Vorteil, dass es möglich ist, die magnetischen Domänen passend in den Jochen zu „formen”, derart dass die Verluste in diesen Jochen 10 wahrnehmbar verringert werden. Das Einfügen der Joche 10 in die Tragestruktur 2 des Läufers durch Umspritzen des Kunststoffes macht es möglich, eine größere Präzision in der Positionierung der Joche unter Vermeidung von Aufbaufehlern, die typischerweise in der Herstellung von mechanisch zusammengebauten Jochen auftreten, zu erreichen.
Mit Bezug auf 4 und 5 hat jedes Joch 10 vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, in seinem mittleren Bereich einen transversal gekrümmten Fortsatz 10a, der durch Umspritzen in dem scheibenförmigen Bereich 3 der Tragestruktur 2 eingebracht ist (siehe auch 1).
In einer alternativen Ausführungsform, die nicht in den Zeichnungen gezeigt ist, hat jedes Joch 10 eine radiale Dicke, die sich von den Enden davon zu seinem mittleren Bereich vergrößert.
In einer anderen Ausführungsform (nicht gezeigt) hat jedes Joch sowohl eine Höhe und eine Dicke, die sich von den Umfangsenden davon zu seinem mittleren Bereich vergrößert.
In der Beschreibung und den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung werden alle Verben wie „umfassen”, „beinhalten”, „einschließen” und „haben” und ihre Abwandlungen, in einem einschließenden Sinne verwendet, um das Vorhandensein von dem genannten Bauteil anzugeben, aber nicht, um das Vorhandensein von zusätzlichen Bauteilen auszuschließen.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, soll von den Fachleuten erkannt werden, dass verschiedene Abwandlungen möglich sind. Daher wird der Schutzbereich der Erfindung mit Bezug auf die nachfolgenden Ansprüche bestimmt.

Claims

Permanentmagnetläufer (1) für einen bürstenlosen Elektromotor mit einem Innenständer, wobei der Läufer (1) eine Tragestruktur (2), die aus gespritzten Kunststoff gefertigt ist und einen im Wesentlichen scheibenförmigen Bereich (3) einschließt, mit dem eine Welle (5) mittig verbunden ist, und dessen Umfang an einen im Wesentlichen zylindrischen Käfigbereich (6) angrenzt, der sich koaxial um die Welle (5) erstreckt und in dem eine Mehrzahl von Jochen (10) angeordnet sind, die aus einem magnetisch leitfähigen Material gefertigt und als Ringsegmente geformt sind, die als ein Ganzes eine im Wesentlichen zylindrische Wand bilden, und eine Mehrzahl von ähnlich wie die Ringsegmente geformten, Permanentmagneten (11) umfasst die entsprechend rittlings zu der Kontaktstelle eines Paares von benachbarten Jochen (10) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Joch (10) eine Abmessung hat, die sich von den Umfangsenden davon zu seinem mittleren Umfangsbereich vergrößert, so dass sich die Querschnittsfläche des Joches (10) in einer radialen Ebene entsprechend von den Enden davon zu seinem mittleren Bereich vergrößert.
Permanentmagnetläufer nach Anspruch 1, wobei jedes Joch (10) eine im Wesentlichen konstante Dicke hat.
Permanentmagnetläufer nach Anspruch 2, wobei jedes Joch (10) im Wesentlichen aus einem ebenen ausgestanzten Stück durch Kaltwalzen entlang einer Richtung (A) erhalten wird, die sich von einem Ende davon zu dem anderen Ende davon erstreckt.
Permanentmagnetläufer nach Anspruch 1, wobei jedes Joch (10) eine radiale Dicke hat, die sich in Umfangsrichtung von den Enden davon zu seinem mittleren Bereich vergrößert.
Permanentmagnetläufer nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Tragestruktur (2) aus einem Kunststoff gefertigt ist, der um die zentrale Welle (5) und um die Joche (10) gespritzt ist.
Permanentmagnetläufer nach Anspruch 5, wobei jedes Joch (10) in seinem mittleren Bereich einen gekrümmten Fortsatz (10a) hat, der durch Umspritzen in den Scheibenbereich (3) der Tragestruktur (2) eingebracht ist.
Permanentmagnetläufer nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Käfigbereich (6) der Tragestruktur (2) eine Mehrzahl von im Wesentlichen zu der Achse (O-O) des Läufers (1) parallelen Holmen (9) bildet und sich im Wesentlichen in der Mitte der Joche (10) radial einwärts erstreckt, so dass zwischen jedem Paar von benachbarten Holmen (9) ein Sitz für einen entsprechenden Permanentmagneten (11) degebildet ist.
Büstenloser Elektromotor, umfassend einen Läufer (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche.