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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor oder Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Speichenrotor, der konzentrisch um eine Drehachse angeordnet ist und einen Dauermagneten umfasst, der in einer Aussparung des Rotors oder Stators angeordnet ist, wobei im Rotor oder Stator ein Federstrang zu Fixierung des Dauermagneten in der Aussparung vorgesehen ist. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor oder Stator sowie eine Handwerkzeugmaschine mit einem Motor, der einen erfindungsgemäßen Rotor oder Stator umfasst.
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Um einen Dauermagnet in eine Aussparung eines Rotors oder Stators, insbesondere einer Synchronmaschine, zu befestigen, wird dieser herkömmlich in die Aussparung eingepresst und mittels zumindest einer Klemmnase verklemmt. Die Klemmnase ist an der der Drehachse zugewandten Seite des Dauermagneten vorgesehen und fixiert den Dauermagneten nicht nur radial, sondern hält ihn auch axial. Bei dieser Technik ist der Dauermagnet hohen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt und seine Oberfläche und/oder Beschichtung wird häufig, insbesondere beim Einpressen in die Aussparung und/oder unter Betriebsbedingungen des Rotors, verkratzt.
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Zudem dehnen sich sowohl das Rotorpaket als auch die Dauermagnete über den im Rotor oder Stator herrschenden Temperaturbereich, der beispielsweise im Bereich von –40°–+160°C liegt, unterschiedlich aus. Da die Klemmnase einstückig mit dem Rotorblock beziehungsweise mit Lamellen des Rotorblocks gebildet ist, ermöglicht sie aufgrund des unterschiedlichen Temperaturverhaltens und bei verschiedenen Bauteiltoleranzen des Dauermagneten gegenüber den Lamellen beziehungsweise dem Rotorblock keinen ausreichenden Ausgleich des Temperaturverhaltens und/oder der Bauteiltoleranzen des Dauermagneten.
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Die deutsche Patentanmeldung mit der Anmeldenummer
DE 10 2010 039 334.7 offenbart demgegenüber einen Rotor oder Stator für eine elektrische Maschine, bei dem in der Aussparung, in die der Dauermagnet gefügt ist, ein separates elastisches Fixierungsmittel angeordnet ist. Das Fixierungsmittel weist aufgrund seiner Elastizität ein definiertes Federverhalten und/oder mechanisches Klemmverhalten auf, so dass es so dimensionierbar ist, dass sowohl die Bauteiltoleranzen des Dauermagneten als auch sein Temperaturverhalten über die Bandbreite der im Rotor oder Stator herrschenden Temperaturen mit ihm ausgleichbar sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Rotor oder Stator zu schaffen, mit einem in der Aussparung des Rotors oder Stators vorgesehenen Fixierungsmittel, mit dem die Bauteiltoleranzen des Dauermagneten und sein Temperaturverhalten sehr gut ausgleichbar sind, und das in Bezug auf den Montageaufwand sowie die Herstellungskosten des Fixierungsmittels und/oder des Rotors oder Stators verbessert, und somit leichter montierbar und kostengünstiger herstellbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine punktförmige Belastung des Dauermagneten in einem Kontaktbereich zwischen dem Dauermagneten und dem Fixierungsmittel zu vermeiden.
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Die Aufgabe wird gelöst mit einem Rotor oder Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere mit einem Speichenrotor, der sich in eine axiale Richtung erstreckt und konzentrisch um eine Drehachse angeordnet ist, und der einen Dauermagneten, welcher in einer Aussparung des Rotors oder Stators angeordnet ist, sowie ein Federstrang zur Fixierung des Dauermagneten in der Aussparung umfasst, wobei sich der Federstrang in die axiale Richtung erstreckt und einen konzentrisch um die Drehachse angeordneten Haltering sowie zumindest ein am Haltering angeordnetes elastisches Fixierungsmittel, welches sich in die Aussparung hinein erstreckt, umfasst, wobei der Haltering ringförmig ausgebildet ist und das elastische Fixierungsmittel zumindest teilweise am Dauermagneten anliegt.
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Die erfindungsgemäße ringförmige Ausbildung des Halterings ermöglicht sowohl eine sehr kostengünstige Herstellung als auch eine einfache Montage des Federstrangs im Rotor.
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Dafür ist der Federstrang bevorzugt aus einem Metall gefertigt, insbesondere aus Federstahl. Besonders bevorzugt ist es als Stanzbiegeteil hergestellt. Ganz besonders bevorzugt ist der Federstrang aus einem sich flächig erstreckenden Material, insbesondere aus einem Bandmaterial, gefertigt. Der Federstrang ist daher aus herkömmlichem Material mit herkömmlichen Verfahren herstellbar.
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Da das Fixierungsmittel am Haltering angeordnet ist, muss es nicht separat in die Aussparung eingeschoben werden, sondern kann durch Verschieben des Federstrangs in axialer Richtung gemeinsam mit dem Haltering in die Aussparung geschoben werden. In einer bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Dauermagnete im Rotor und mehrere Fixierungsmittel am Haltering angeordnet, wobei die Anzahl der Fixierungsmittel der Anzahl der Dauermagnete entspricht. Auch in dieser Ausführungsform sind alle Fixierungsmittel durch Verschieben des Federstrangs in axialer Richtung gemeinsam mit dem Haltering in die für die Dauermagneten vorgesehenen Aussparungen des Rotors einschiebbar. Dadurch ist die Montage des Federstrangs sehr schnell und einfach durchführbar.
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Der Federstrang ist bevorzugt lösbar in den Rotor oder Stator fügbar. Besonders bevorzugt ist es nach dem Fügen des Dauermagneten in die Aussparung gefügt.
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Dies hat den Vorteil, dass der Dauermagnet, insbesondere vor der Montage des Federstrangs, kraftlos in die Aussparung einfügbar ist. Kraftlos im Sinne der Erfindung bedeutet, dass der Dauermagnet nicht eingeklemmt oder eingepresst wird, sondern er wird so eingefügt, insbesondere eingeschoben oder eingelegt, dass er, insbesondere seine Oberfläche und/oder eine Beschichtung des Dauermagneten, dabei mechanisch nahezu nicht oder nicht beansprucht wird. Daher wird der Dauermagnet beim Einfügen des Dauermagneten in die Aussparung nicht beschädigt. Da der Dauermagnet vor der Montage des Federstrangs in die Aussparung eingefügt wird, wird er erst durch das Anordnen des Fixierungsmittels in die Aussparung verspannt.
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Das Fixierungsmittel liegt erfindungsgemäß zumindest teilweise am Dauermagneten an. Am Rotor oder Stator sind daher keine Abstandshalter vorgesehen, die das Fixierungsmittel vom Dauermagneten beabstanden und diesen dadurch vor einer Beschädigung, insbesondere vor einem Verkratzen, schützen. Die Fixierung des Dauermagneten erfordert daher lediglich den Federstrang, so dass die Kosten zur Herstellung des Rotors auch aufgrund der geringen Bauteilezahl niedrig sind.
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Es ist bevorzugt, die geometrische Form des Federstrangs, insbesondere des Fixierungsmittels, so anzupassen, dass der Dauermagnet weder bei der Montage des Rotors noch im Betriebszustand durch den Federstrang beschädigt wird. Dafür ist das Fixierungsmittel an der dem Dauermagneten zugewandten Seite bevorzugt abgerundet, so dass ein Kontaktbereich, an dem der Dauermagnet am Fixierungsmittel anliegt, zwischen dem Dauermagneten und dem Fixierungsmittel möglichst klein ist und der Dauermagnet auch nicht bei einem Verschieben des Fixierungsmittels beispielsweise durch eine Kante beschädigt werden kann. Zudem ist es bevorzugt, den Federstrang, insbesondere das Fixierungsmittel, zu beschichten, so dass es keine Grate aufweist.
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Das Fixierungsmittel ist elastisch ausgebildet. Bevorzugt ist es gegen eine Rückstellkraft verformbar und weist somit ein definiertes Federverhalten und/oder mechanisches Klemmverhalten auf. Dadurch ist es so dimensionierbar, dass sowohl die Bauteiltoleranzen des Dauermagneten als auch sein Temperaturverhalten über die Bandbreite der im Rotor oder Stator herrschenden Temperaturen durch das Fixierungsmittel ausgleichbar sind. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Fixierungsmittel elastisch und plastisch ausgebildet, so dass es nach einer plastischen Verformung, insbesondere beim Verspannen des Dauermagneten, immer noch eine ausreichende Elastizität aufweist, um Bauteiltoleranzen und/oder das Temperaturverhalten des Dauermagneten auszugleichen.
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Es ist bevorzugt, dass das Fixierungsmittel den Dauermagneten in radialer Richtung, also in einer von der Drehachse strahlenförmig ausgehenden Richtung, in der Aussparung fixiert. Dadurch ist der Dauermagnet an der dem Fixierungsmittel gegenüberliegenden Seite im Wesentlichen spielfrei in der Aussparung angeordnet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wirkt das Fixierungsmittel zusätzlich in axialer Richtung. Dabei ist die Elastizität des Fixierungsmittels so ausgelegt, dass der Dauermagnet in der Aussparung verklemmt wird. Bevorzugt ist er dadurch axial nicht mehr verschieblich. Es ist aber ebenfalls bevorzugt, dass die Fixierung des Dauermagneten in axialer Richtung mittels eines zusätzlichen Axialfixierungsmittels erfolgt, so dass die axiale Fixierung unabhängig von der radialen Fixierung ist und die Bauteiltoleranzen und das Temperaturverhalten in axialer und in radialer Richtung unterschiedlich ausgleichbar sind.
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Der Federstrang liegt am Rotor oder Stator zumindest teilweise an. Dafür weist der Rotor oder Stator bevorzugt eine Anlagefläche auf, die sich in die axiale Richtung erstreckt und die Aussparung zumindest teilweise begrenzt. Es ist bevorzugt, dass der Federstrang zumindest eine Gegenanlagefläche aufweist, mit der es sich an der Anlagefläche abstützt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anlagefläche so ausgebildet, dass sich zumindest das Fixierungsmittel, und gegebenenfalls zudem der Haltering, an der Anlagefläche abstützen. Besonders bevorzugt sind der Haltering und/oder das Fixierungsmittel spielfrei an der Anlagefläche angeordnet. Zudem ist das Fixierungsmittel bevorzugt auch an der dem Dauermagneten abgewandten Seite abgerundet, so dass es die Anlagefläche bei einem Verschieben nicht beschädigt.
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Da der Haltering des Federstrangs ringförmig ausgebildet ist, ist das Fixierungsmittel, gegebenenfalls auch der Haltering, in die axiale Richtung, insbesondere spielfrei, auf die Anlagefläche aufschiebbar. Dabei wird das Fixierungsmittel in der Aussparung angeordnet.
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Das Fixierungsmittel weist weiterhin bevorzugt ein Verformungsmittel auf, wobei zumindest das Verformungsmittel des Fixierungsmittels elastisch verformbar ist.
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Es ist bevorzugt, dass das Verformungsmittel im Kontaktbereich von der Anlagefläche beabstandet ist. Weiterhin bevorzugt ist das Verformungsmittel sowohl vom Kontaktbereich gegen die radiale Richtung als auch von der Gegenanlagefläche in radialer Richtung in die Aussparung hinein gebogen. Zwischen dem Kontaktbereich und der Gegenanlagefläche weist das Verformungsmittel bevorzugt eine steigende oder eine fallende Flanke auf. Besonders bevorzugt erstreckt sich das Verformungsmittel in axialer Richtung wellenförmig in die Aussparung.
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Dadurch ist das Verformungsmittel an seiner dem Dauermagneten zugewandten Seite und gegebenenfalls zudem an seiner dem Dauermagneten abgewandten Seite in axialer Richtung so gebogen beziehungsweise abgerundet, dass es den Dauermagneten und/oder die Anlagefläche bei einem Verschieben, insbesondere in axialer Richtung, nicht beschädigt, und insbesondere nicht verkratzt.
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Es ist bevorzugt, dass das Verformungsmittel eine Wellenlänge, eine Amplitudenhöhe und/oder eine Materialdicke aufweist. Besonders bevorzugt weist das Verformungsmittel die Rückstellkraft auf und wirkt somit als Feder. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verformungsmittel etwa sinusförmig ausgebildet.
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Die Wellenlänge, Amplitudenhöhe und/oder die Materialdicke des Verformungsmittels legen die Form und Eigenschaften des Verformungsmittels fest, insbesondere seine Verformbarkeit, Festigkeit und/oder Verformungsrichtung. Diese Eigenschaften bestimmen die Federsteifigkeit des Verformungsmittels. Ein Verformungsmittel geringer Materialdicke ist beispielsweise im Vergleich zu einem Verformungsmittel größerer Materialdicke mit derselben Wellenlänge und Amplitude durch Eintrag einer geringeren Energie verformbar. Die Federsteifigkeit des Verformungsmittels geringerer Materialdicke ist daher im Vergleich zur Federsteifigkeit des Verformungsmittels größerer Materialdicke kleiner bei gleicher Amplitude und Wellenlänge. Durch Anpassung der Form und der Eigenschaften des Verformungsmittels ist das Verformungsmittel so auslegbar, dass die im Rotor oder Stator auftretenden Bauteiltoleranzen und Temperatureinflüsse über ihre gesamte Bandbreite abgedeckt sind und ein sehr guter Ausgleich möglich ist.
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Besonders bevorzugt weist das Fixierungsmittel mehrere Verformungsmittel auf. Dabei ist in einer bevorzugten Ausführungsform die Wellenlänge, Amplitudenhöhe und/oder Materialdicke der Verformungsmittel gleich, so dass das Fixierungsmittel sehr einfach herstellbar ist. In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform sind die Wellenlänge, Amplitudenhöhe und/oder Materialdicke verschieden. Dadurch ist die zur Verformung in die Verformungsmittel einzutragende Energie verschieden, so dass das Verformen der Verformungsmittel gezielt, insbesondere nacheinander, ausgelöst werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform, die die Aufgabe ebenfalls löst, weist der Rotor oder Stator, eine Anlagefläche für das Fixierungsmittel auf, die die Aussparung an ihrer der Drehachse zugewandten Seite begrenzt, wobei die Anlagefläche eben ausgebildet ist. Die Anlagefläche begrenzt die Aussparung bevorzugt in einer radialen Richtung. Es ist besonders bevorzugt, dass sie durch eine sich in axialer Richtung erstreckende Axiallinie sowie durch eine sich in Richtung einer Sehne eines konzentrisch um die Drehachse angeordneten Kreises erstreckende Sehnenlinie aufgespannt ist. Dadurch ist die Anlagefläche eben ausgebildet und erstreckt sich bevorzugt parallel zum Dauermagneten. Ebenfalls bevorzugt ist die Gegenanlagefläche des Federstrangs eben ausgebildet, so dass sich der Federstrang möglichst großflächig an der Anlagefläche abstützt.
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Es ist aber ebenfalls eine Anlagefläche bevorzugt, die durch die sich in axialer Richtung erstreckende Axiallinie sowie durch eine sich kreisrund und konzentrisch um die Drehachse erstreckende Kreislinie aufgespannt ist. Bei dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, dass auch der Federstrang, insbesondere der Haltering sowie das Fixierungsmittel, zumindest im Bereich der Gegenanlagefläche kreisrund und konzentrisch um die Drehachse angeordnet ist. Dadurch kann sich auch bei dieser Ausführungsform der Federstrang möglichst großflächig an der Anlagefläche abstützen.
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Das Verformungsmittel weist vorzugsweise zumindest im Kontaktbereich eine Breite auf, die einer Kontaktbreite des Dauermagneten entspricht. Unter Kontaktbreite wird die Breite des Dauermagneten verstanden, abzüglich seiner gegebenenfalls abgerundeten Kanten. Ebenfalls bevorzugt weist es im Bereich der Gegenanlagefläche eine Breite auf, die einer Breite der Anlagefläche entspricht. Da das Verformungsmittel im Kontaktbereich und der Dauermagnet, beziehungsweise das Verformungsmittel im Bereich der Gegenanlagefläche und die Gegenanlagefläche dieselbe Breite beziehungsweise Kontaktbreite aufweisen, liegen ihre Kanten in den genannten Bereichen im montierten Zustand etwa übereinander. Dadurch können die Kanten des Verformungsmittels den Dauermagneten beziehungsweise die Anlagefläche nicht bei einem Verschieben beschädigen und es kommt zu keiner Riefenbildung im Kontaktbereich und/oder an der Anlagefläche.
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Der Dauermagnet ist vorzugsweise speichenförmig im Rotor oder Stator angeordnet. Er ist bevorzugt als Flachmagnet ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Rotor oder Stator eine Vielzahl Dauermagnete, wobei am Haltering für jeden Dauermagneten jeweils ein Fixierungsmittel vorgesehen ist. Die Dauermagnete sowie die Fixierungsmittel sind bevorzugt gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt angeordnet. Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Rotor oder Stator als Lamellenpaket aus einer Vielzahl von Lamellen gefertigt ist.
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In dem erfindungsgemäßen Rotor oder Stator ist die radiale Fixierung und zudem in Abhängigkeit von der Auslegung des Fixierungsmittels auch die axiale Fixierung des Dauermagneten in der Aussparung mit dem Federstrang sehr kostengünstig sichergestellt. Der Federstrang ist bevorzugt mit herkömmlichen Verfahren als Stanzbiegeteil aus einem Flachbandmaterial, insbesondere aus einem Blech, hergestellt. Es ermöglicht einen Ausgleich von Bauteiltoleranzen und Temperaturänderungen in radialer Richtung. Außerdem wird der Dauermagnet in jedem Betriebszustand des Rotors oder Stators im Vergleich zu einer herkömmlichen Befestigung des Dauermagneten in der Aussparung mittels Klemmnasen geringer mechanisch beansprucht.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Motor, insbesondere einer Synchronmaschine, der einen erfindungsgemäßen Rotor oder Stator umfasst. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einer Handwerkzeugmaschine mit einem Motor, der einen erfindungsgemäßen Rotor oder Stator umfasst. Eine solche Handwerkzeugmaschine ist beispielsweise eine Bohrmaschine, eine Stichsäge oder ähnlich.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren beschrieben. Die Figuren sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.
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1(a) zeigt eine erste Ausführungsform eines Federstrangs für einen erfindungsgemäßen Rotor in einer perspektivischen Ansicht,
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1(b) zeigt einen Schnitt durch den Federstrang der 1(a),
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1(c) zeigt einen Schnitt durch einen Haltering des Federstrangs der 1(a),
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1(d) zeigt einen erfindungsgemäßen Rotor mit dem Federstrang der 1(a) in einer perspektivischen Ansicht,
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1(e) zeigt einen Ausschnitt des Rotors der 1(d) in einem Schnittbild, wobei in dem Ausschnitt nicht alle Dauermagnete gezeigt sind,
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2 zeigt einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors mit einer weiteren Ausführungsform eines Federstrangs, und
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3 zeigt schematisch eine Kontur eines Wellenbereiches eines erfindungsgemäßen Rotors.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Federstrangs 520 für einen erfindungsgemäßen Rotor 1 in einer perspektivischen Ansicht. Der dargestellte Federstrang 520 ist als Stanzbiegeteil aus einem Blech aus Federstahl gefertigt. Es weist einen Haltering 51 auf, der ringförmig ausgebildet ist. Der Haltering 51 erstreckt sich konzentrisch um eine Drehachse 2. Zudem weist er eine Breite 511 in einer axialen Richtung 20 auf, durch die er eine Steifigkeit und Festigkeit erhält, so dass er insbesondere unter Belastung nicht reißt.
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Am Haltering 51 ist eine Vielzahl Fixierungsmittel 52 kammartig angeordnet, die sich jeweils in die axiale Richtung 20 erstrecken. Die Fixierungsmittel 52 sind am Haltering 51 in einer Umfangsrichtung 80 gleichmäßig verteilt angeordnet und voneinander beabstandet. Sie weisen jeweils ein Verformungsmittel 521 auf, das elastisch verformbar ist. Die Verformungsmittel 521 sind hier jeweils wellenförmig ausgebildet und weisen eine Wellenlänge 54, eine Amplitudenhöhe 53 und eine Materialdicke 5520 auf, die die Form und Eigenschaften der Verformungsmittel 521 bestimmen. Sie weisen zudem eine Federsteifigkeit und eine Rückstellkraft auf und wirken wie eine Feder.
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Weiterhin sind die hier als Federn wirkenden Fixierungsmittel 52 durch veränderte Formen und Eigenschaften des Verformungsmittels 521 so dimensionierbar, dass sie den Dauermagneten 3 jeweils in radiale Richtung 30, und bevorzugt zudem auch in axiale Richtung 20 fixieren, indem sie ihn in der Aussparung 4 verklemmen. Dabei wird der Dauermagnet 3 radial nach außen gegen Querstege 121 des Rotors 1 gedrückt. Oder sie sind so dimensionierbar, dass zur Fixierung des Dauermagneten 3 entweder ein Fixierungsmittel 52 an einem ersten oder zweiten Ende 31, 32 (s. 2) des Dauermagneten 3 ausreicht, oder an beiden Enden 31, 32 ein Fixierungsmittel 52 vorgesehen sein muss.
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Die Fixierungsmittel 52 sind einstückig mit dem Haltering 51 gefertigt. Prinzipiell ist aber auch eine mehrstückige Fertigung möglich. Da die Fixierungsmittel 52 durch den Haltering 51 miteinander verbunden sind, ist eine Montage aller Fixierungsmittel 52 in einem einzigen Arbeitsschritt möglich.
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Zwischen den Fixierungsmitteln 52 weist der Haltering 51 jeweils einen Knick 5261 um einen Winkel α auf, so dass er im Querschnitt (s. 1c) eine Kontur aufweist, die durch aneinander angrenzende, gleichlange Sehnlinien 527 eines konzentrisch um die Drehachse 2 angeordneten ersten fiktiven Kreises 71 gebildet ist. Der erste fiktive Kreis 71 ist hier beispielhaft am Außenumfang des Halterings 51 gezeigt. Dadurch weist der Federstrang 520 eine Anzahl gleicher Segmente 526 auf. Jedes Fixierungsmittel 52 ist zur Fixierung jeweils eines Dauermagneten 3 in dem Rotor 1 vorgesehen. Da hier jedes Segment 524 ein Fixierungsmittel 52 umfasst, ist jedes Segment 526 jeweils einem Dauermagneten 3 des Rotors 1 zugeordnet. In dieser Ausführungsform ist die konzentrische Form des Halterings 51 aus einem ebenen Blech durch einfaches Biegen des Bleches in den Knicken 5261 jeweils um den Winkel α herstellbar.
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In dieser Ausführungsform ist eine sich konzentrisch um die Drehachse 2 angeordnete Form des Federstrangs 520 aus einem sich flächig erstreckenden Blech oder Bandmaterial herstellbar, indem der Federstrang 520 aus dem Blech oder Bandmaterial gestanzt wird, und der Haltering 51 nach dem Einbringen der Verformungsmittel 521 in die Fixierungsmittel 52 jeweils zwischen den Fixierungsmitteln 52 geknickt wird. Eine solche Herstellung ist mit herkömmlichen Verfahren sehr kostengünstig möglich. Anschließend werden die offenen Enden des Halterings 51 dann miteinander verbunden, insbesondere verschweißt.
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Zum Fixieren der Dauermagnete 3 des Rotors 1 ist der Federstrang 520, insbesondere nach dem Fügen der Dauermagnete 3 in die Aussparungen 4 des Rotors 1, durch Verschieben in die axiale Richtung 20 auf Anlageflächen 6 des Rotors 1 aufschiebbar, so dass sich die Fixierungsmittel 52 in die axiale Richtung 20 und in die Aussparungen 4 hinein erstrecken. Die Anlageflächen 6 begrenzen die Aussparungen 4, in denen die Dauermagnete 3 angeordnet sind, jeweils an ihren der Drehachse 2 zugewandten Seiten.
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Die Fixierungsmittel 52 fixieren die Dauermagnete 3 jeweils zumindest in radialer Richtung 30. In den 1a und d ist jeweils eine radiale Richtung 30 beispielhaft durch einen Pfeil gezeigt. Im montierten Zustand (s. 1d, e) ist der Federstrang 520 an der der Drehachse 2 zugewandten Seite des Dauermagneten 3 im Rotor 1 angeordnet.
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Die 1d zeigt beispielhaft einen erfindungsgemäßen Rotor 1 mit dem Federstrang 520 der 1a, b und c. Die 1c zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Haltering 51, wobei hier der Übersichtlichkeit halber nur ein einziges am Haltering 51 angeordnetes Fixierungsmittel 52 beispielhaft dargestellt ist. Die 1e zeigt einen Ausschnitt aus dem Rotor 1 der 1d. In dem Schnittbild der 1e sind der Übersichtlichkeit halber nicht alle im Rotor 1 anzuordnenden Dauermagnete 3 gezeigt.
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Der Rotor 1 ist als Lamellenpaket 10 aus einer Vielzahl von Lamellen 11, 12 gefertigt. Jede der Lamellen 11, 12 weist eine der Anzahl der Dauermagnete 3 entsprechende Anzahl von Aussparungen 4 auf, in die die Dauermagnete 3 jeweils gefügt sind. Die Dauermagnete 3 sind hier speichenartig im Rotor 1 vorgesehen.
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An der der Drehachse 2 abgewandten Seite der Dauermagnete 3 sind diese durch Querstege 121, die zumindest an einigen der Lamellen 12 vorgesehen sind, gegen Verschieben gegen die radiale Richtung 30 gesichert.
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Der Federstrang 520 weist zumindest eine Gegenanlagefläche 524 auf, mit der er an der Anlagefläche 6 anliegt und sich an dieser abstützt. Die Gegenanlagefläche 524 ist an den Fixierungsmitteln 52 und/oder am Haltering 51 vorgesehen.
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Es ist bevorzugt, dass sich der Federstrang 520 mit seiner Gegenanlagefläche 524 und möglichst vollflächig an der Anlagefläche 6 abstützt. Dafür sind die Anlageflächen 6 jeweils durch eine sich in axialer Richtung 20 erstreckende Axiallinie 63 sowie eine Sehnenlinie 62 eines konzentrisch um die Drehachse 2 angeordneten zweiten fiktiven Kreises 72 aufgespannt (s. 3), so dass sie, analog zu den Segmenten 526 des Federstrangs 520, ebenfalls eben ausgebildet sind.
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Die Fixierungsmittel 52 sind in einem Kontaktbereich 523, an dem sie an den Dauermagneten 3 anliegen, von der Anlagefläche 6 beabstandet. Um die Dauermagnete 3 beim Einschieben der Fixierungsmittel 52 in die Aussparungen 4 sowie unter Betriebsbedingungen nicht zu beschädigen, sind die Fixierungsmittel 52 an ihrer dem Dauermagneten 3 zugewandten Seite abgerundet. Dadurch verläuft der Kontaktbereich 523 mit dem Dauermagneten 3 hier in Umfangsrichtung 80 etwa linienförmig und ist möglichst klein.
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Außerdem weist es durch seine abgerundete Form im Kontaktbereich 523 keine Grate auf.
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Zudem ist das Fixierungsmittel 52 auch an seiner dem Dauermagneten 3 abgewandten Seite abgerundet. Dafür ist das Verformungsmittel 521 sowohl vom Kontaktbereich 523 aus gegen die radiale Richtung 30 als auch von der Gegenanlagefläche 524 aus in radiale Richtung 30 in die Aussparung 4 hinein gebogen. Zwischen dem Kontaktbereich 523 und der Gegenanlagefläche 524 weist das Fixierungsmittel 52 dadurch eine steigende Flanke 56 beziehungsweise eine fallende Flanke 57 auf, so dass die Verformungsmittel 521 der Fixierungsmittel 52 hier wellenförmig ausgebildet sind.
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Die Fixierungsmittel 52 weisen jeweils ein offenes Ende 525 auf, das ebenfalls in die Aussparung 4 hinein gebogen ist, so dass es ein Verschieben des Fixierungsmittels 52 in oder entgegen der axialen Richtung 20 nicht behindert.
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Außerdem ist das Fixierungsmittel 52 bevorzugt aus einem Material gefertigt, welches weicher als das Material ist, aus dem der Dauermagnet 3 gefertigt ist, da es unmittelbar am Dauermagneten 3 anliegt, und/oder das Fixierungsmittel 52 ist zusätzlich mit einem solchen Material beschichtet. Auch dadurch wird verhindert, dass der Dauermagnet 3 durch das Fixierungsmittel 52 beschädigt wird.
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An der steigenden Flanke 56 sind hier jeweils Aussparungen 522 (s. 1c) in Form von Löchern vorgesehen, die zum Einen die Federsteifigkeit des Verformungsmittels 521 im Bereich der steigenden Flanke 56 verringern und zudem für ein Fügewerkzeug (nicht gezeigt), mit dem der Federstrang 520 im Rotor 1 montierbar ist, vorgesehen sind.
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Es ist bevorzugt, einen Federstrang 520 an einem Ende 31, 32 des Dauermagneten 3 vorzusehen. In dieser Ausführungsform ist es weiterhin bevorzugt, dass das Fixierungsmittel 52 ein Verformungsmittel 521 aufweist, dessen Kontaktbereich 523 etwa mittig des Dauermagneten 3 angeordnet ist. Ebenfalls bevorzugt weist das Fixierungsmittel 52 zumindest zwei Verformungsmittel 521 auf, die etwa symmetrisch zu einer Mittellinie (nicht gezeigt) durch den Dauermagneten 3 angeordnet sind, so dass der Dauermagnet 3 auf zwei Kontaktbereichen 523 ruht. Dabei teilt die Mittellinie den Dauermagneten 3 in axialer Richtung 20. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist beidseitig des Dauermagneten 3 jeweils ein Federstrang 520 vorgesehen, die jeweils ein Verformungsmittel 521 aufweisen. Die Verformungsmittel 521 sind in dieser Ausführungsform bevorzugt ebenfalls symmetrisch zu der Mittellinie durch den Dauermagneten 3 angeordnet.
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Ausgehend von den Anlageflächen 6 wird im Folgenden der der Drehachse 2 zugewandte Teil des Rotors 1 als Wellenbereich 15 und der der Drehachse 2 abgewandte Teil des Rotors 1 als Magnetbereich 14 bezeichnet. Im Magnetbereich 14 sind im montierten Zustand die Dauermagnete 3 in den Rotor 1 gefügt. Im Wellenbereich 15 ist im montierten Zustand eine Welle (nicht gezeigt) vorgesehen.
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Zwischen den Aussparungen 4 weisen die Lamellen 11, 12 des Rotors 1 jeweils Längsstege 13 auf, die den Magnetbereich 14 des Rotors 1 mit dem Wellenbereich 15 des Rotors 1 verbinden. Zudem weisen die Aussparungen 4 des hier gezeigten Rotors 1 jeweils Führungsmittel 61 auf (s. 1e), die sich in axiale Richtung 20 erstrecken und als Stege ausgebildet sind. Das Fixierungsmittel 52 weist im Bereich der Gegenanlagefläche 524 eine Breite 528 auf, die einer Breite 628 (s. 3) der Anlagefläche 6 entspricht. Beim Verschieben des Federstrangs 520 werden die Fixierungsmittel 52 dadurch entlang den Führungsmitteln 61 geführt, so dass sie in eine definierte Position in die Aussparung 4 einschiebbar sind und ihre Montage einfach ist. Aufgrund der als Stege ausgeführten Führungsmittel 61 ist die Anlagefläche 6 des Rotors 1 hier durch eine Nut gebildet.
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Im Kontaktbereich 523 entspricht die Breite 529 des Verformungsmittels 521 der Kontaktbreite 329 des Dauermagneten 3. Dadurch liegt das Verformungsmittel 521 etwa versatzfrei am Dauermagneten 3 an, und es kommt bei einem Verschieben des Federstrangs 520 in der Aussparung 4, beispielsweise während der Montage oder unter Betriebsbedingungen, nicht zu einem Verkratzen oder einer Riefenbildung am Dauermagneten 3.
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In dem in den 1d und e gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Wellenbereich 15 des Rotors 1 so ausgebildet, dass jeweils nur die Fixierungsmittel 52 an den Anlageflächen 6 anliegen.
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2 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors 1 in einem Schnittbild. Der Rotor 1 ist konzentrisch um eine Drehachse 2 angeordnet. Er weist die Aussparung 4 auf, in der der Dauermagnet 3 angeordnet ist. Der Dauermagnet 3 ist als Flachmagnet ausgebildet, speichenartig im Rotor 1 angeordnet, und er erstreckt sich in axialer Richtung des Rotors 1. Die axiale Richtung 20 sowie beispielhaft eine radiale Richtung 30 sind durch Pfeile gezeigt.
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Der Dauermagnet weist das erste Ende 31 und das zweite Ende 32 auf und ist mittels des Federstrangs 520 fixierbar. Dafür weist der Federstrang 520 ein Fixierungsmittel 52 auf, mit dem der Dauermagnet 3 zumindest radial fixiert wird, und das sich in der Aussparung 4 und in axialer Richtung 20 erstreckt.
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Im Gegensatz zur Ausführungsform der 1 ist der Wellenbereich 15 dieses Rotors 1 aber so vorgesehen, dass auch der Haltering 51 zumindest teilweise an der Anlagefläche 6 anliegt. Dafür ist der Wellenbereich 15, wie in 2 überzeichnet dargestellt ist, hier gegenüber dem Magnetbereich 14 verlängert vorgesehen. Es ist auch eine Ausführungsform denkbar, in der der Längssteg 13 zwischen zwei benachbarten Aussparungen 4 in axialer Richtung 20 verkürzt ist, so dass der Haltering 51 im montierten Zustand zwischen dem Magnetbereich 14 und dem Wellenbereich 15 angeordnet ist.
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Das Fixierungsmittel 52 unterscheidet sich von dem Fixierungsmittel 52 der 1 zudem darin, das es ein zweites Verformungsmittel 521 aufweist. Das offene Ende 525 des zweiten Verformungsmittels 521 ist hier aber im Bereich der fallenden Flanke 57 des zweiten Verformungsmittels 521 vorgesehen, so dass die Länge des zweiten Verformungsmittels 521 kürzer als seine Wellenlänge 54 ist.
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Die 3 zeigt schematisch eine Kontur eines Wellenbereiches 15 einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors 1. Zur Verdeutlichung weist der hier gezeigte Rotor 1 lediglich sechs durch die Axiallinie 63 und Sehnenlinien 62 aufgespannte Anlageflächen 6 auf. Zudem sind sowohl die Längsstege 13 als auch optional vorsehbare Führungsmittel 61 nicht gezeigt.
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Zwischen den Anlageflächen 6 ist die Kontur dieses Rotors 1 im Gegensatz zur Kontur der Rotoren 1 der Ausführungsformen der 1 und 2 kreisrund ausgebildet. Ein Federstrang 520 für diesen Rotor 1 weist bevorzugt eine dazu korrespondierende Form auf. Somit weist er zwar die ebene Gegenanlagefläche 524 des Halterings 51 und/oder Fixierungsmittels 52 auf. Sein Haltering 51 ist aber analog zur Ausbildung des Rotors 1 zwischen den Gegenanlageflächen 524 bevorzugt kreisrund ausgebildet.
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Ein erfindungsgemäßer Rotor 1 hat den Vorteil, dass die Fixierung des Dauermagneten 3 in der Aussparung 4 einen sehr guten Ausgleich von Bauteiltoleranzen und Temperaturverhalten der Bauteile ermöglicht. Weiterhin ist der Dauermagnet 3 kraftlos in die Aussparung 4 einfügbar. Dadurch wird er, insbesondere seine Beschichtung, beispielsweise aus Epoxy oder Ni-Cu-Ni, beim Einfügen nicht beschädigt. Weiterhin ist der Federstrang 520, insbesondere sind die Fixierungsmittel 52, so geformt, dass die Dauermagnete 3 auch unter Betriebsbedingungen nicht durch die Fixierungsmittel 52 beschädigt werden. Zudem sind die Federstränge 520 als Stanzbiegeteile aus herkömmlichem Material mit herkömmlichen Verfahren sehr kostengünstig herstellbar.
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Die gezeigte Befestigung des Dauermagneten 3 in einem erfindungsgemäßen Rotor 1 ist in analoger Weise auch in einem Stator (nicht gezeigt) möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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