DE102012016927A1 - Rotor of electric machine e.g. electric motor, has clamping element that is extended along extending direction of permanent magnet in recess such that permanent magnet is partially enclosed by clamping element - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Maschine mit darin angeordneten Permanentmagneten sowie ein Montageverfahren zur Fixierung von Permanentmagneten in dem Rotor einer elektrischen Maschine.The invention relates to a rotor of an electrical machine with permanent magnets arranged therein and to a mounting method for fixing permanent magnets in the rotor of an electrical machine.
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Nachteilig an den aus dem Stand der Technik bekannten klemmenden Verbindungen ist, dass bei Verwendung starrer Klemm- oder Spannelemente eine Beschädigung der Magnete während der Montage und/oder während des Betriebs auftreten kann. Werden zusätzlich oder alternativ Klebstoffe zur Fixierung der Magnete eingesetzt, um die Magnete zu fixieren, ist ein Dosier-, Positionier- und Aushärteprozess erforderlich, der zeit- und kostenintensiv ist und häufig zu größeren Abweichungen in der Positionierung der einzelnen Magnete führt. Ferner weisen die aus dem Stand der Technik bekannten Rotoren entweder spezielle Geometrien für die Fixierung auf, insbesondere zusätzliche Ausnehmungen für Klemmelemente. Oder es werden speziell gestaltete Träger mit komplexer Geometrie eingesetzt, in welche die Magnete zunächst eingesetzt werden und mit welchen diese dann gemeinsam in eine Ausnehmung des Rotors eingeschoben werden.A disadvantage of the known from the prior art clamped connections is that when using rigid clamping or clamping elements damage to the magnets during assembly and / or may occur during operation. If, additionally or alternatively, adhesives are used to fix the magnets in order to fix the magnets, a metering, positioning and curing process is required, which is time-consuming and expensive and often leads to greater deviations in the positioning of the individual magnets. Furthermore, the rotors known from the prior art either have special geometries for the fixation, in particular additional recesses for clamping elements. Or specially designed carriers with complex geometry are used, in which the magnets are first used and with which they are then inserted together in a recess of the rotor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotor und ein Montageverfahren zum Fixieren von Permanentmagneten in einem Rotor zur Verfügung zu stellen, welche einfach und kostengünstig herstellbar bzw. durchführbar sind und zugleich eine sichere und genaue Fixierung der Permanentmagnete ermöglichen.The invention has for its object to provide a rotor and a mounting method for fixing permanent magnets in a rotor available, which are simple and inexpensive to manufacture or feasible and at the same time allow a secure and accurate fixation of the permanent magnets.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 9.The object is achieved according to the invention with the features of claims 1 and 9, respectively.
In einem erfindungsgemäßen Rotor einer elektrischen Maschine ist mindestens eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Permanentmagneten ausgebildet. Der Permanentmagnet ist zusammen mit mindestens einem Klemmelement in der Ausnehmung angeordnet, wobei das Klemmelement in Verlängerung einer ersten Erstreckungsrichtung des Permanentmagneten in der Ausnehmung angeordnet ist und von dem Klemmelement mindestens teilweise umschlossen ist. Mit ”umschlossen” ist gemeint, dass das Klemmelement beispielsweise eine klauenartige Form (z. B. eine C-Form) aufweist und aufgrund seiner umschließenden Form den Permanentmagneten auch in mindestens einer, quer zur ersten Erstreckungsrichtung verlaufenden Richtung fixiert. Es handelt sich insofern um eine (auch) formschlüssige Fixierung des Permanentmagneten. Ein erfindungsgemäßer Rotor hat den Vorteil, dass der Permanentmagnet sicher in zwei Richtungen (z. B. axial und radial) positioniert und gehalten werden kann. Zeitaufwändige Dosier- und Aushärteprozesse sind für die Montage nicht erforderlich. Nachfolgend wird noch auf verschiedene konkrete Möglichkeiten eingegangen, wie der Permanentmagnet in die Ausnehmung eingebracht werden kann.In a rotor of an electric machine according to the invention, at least one recess for receiving a permanent magnet is formed. The permanent magnet is arranged together with at least one clamping element in the recess, wherein the clamping element is arranged in the extension of a first extension direction of the permanent magnet in the recess and is at least partially enclosed by the clamping element. By "enclosed" it is meant that the clamping element has, for example, a claw-like shape (eg a C-shape) and due to its enclosing shape also fixes the permanent magnet in at least one direction transverse to the first extension direction. It is insofar a (also) positive fixing of the permanent magnet. A rotor according to the invention has the advantage that the permanent magnet can be safely positioned and held in two directions (eg, axially and radially). Time-consuming dosing and curing processes are not required for assembly. Below will be discussed on various concrete ways how the permanent magnet can be introduced into the recess.
In einer praktischen Ausführungsform weist die Ausnehmung in der ersten Erstreckungsrichtung einen kontinuierlichen Verlauf über die Breite b auf, d. h. es sind keine zusätzlichen Ausnehmungen (z. B. Nuten) oder sonstige Geometrien für die Positionierung der Klemmelemente vorgesehen. Die Ausbildung der Ausnehmung kann in diesem Fall besonders einfach erfolgen. Die damit verbundenen Herstellungskosten sind entsprechend gering.In a practical embodiment, the recess in the first extension direction on a continuous course over the width b, d. H. no additional recesses (eg grooves) or other geometries are provided for the positioning of the clamping elements. The formation of the recess can be made particularly simple in this case. The associated production costs are correspondingly low.
In einer besonders einfachen und kostengünstigen Ausführungsform weist die Ausnehmung in der ersten Erstreckungsrichtung eine konstante Breite bA auf. Dies soll nicht ausschließen, dass sich die Ausnehmung im Bereich der Enden verjüngt oder abweichend ausgebildet sein kann. Wesentlich ist eine konstante Breite bA im Bereich zwischen den Enden der Ausnehmung in der ersten Erstreckungsrichtung.In a particularly simple and inexpensive embodiment, the recess has a constant width b A in the first extension direction. This is not intended to exclude that the recess may be tapered or divergent in the region of the ends. What is essential is a constant width b A in the region between the ends of the recess in the first extension direction.
Als besonders einfache und somit kostengünstige geometrische Ausbildungen wird auf Ausnehmungen mit einer rechteckigen oder v-förmigen Grundfläche verwiesen, insbesondere wenn die Breite b im Bereich der jeweiligen ersten Erstreckungsrichtung über die gesamte Länge im Bereich zwischen den Enden im Wesentlichen konstant ist.As a particularly simple and therefore cost-effective geometrical embodiments, reference is made to recesses having a rectangular or v-shaped base surface, in particular if the width b in the region of the respective first extension direction is substantially constant over the entire length in the region between the ends.
Falls nur ein Klemmelement vorgesehen ist, ist dieses vorzugsweise auf der zur Drehachse des Rotors weisenden Seite angeordnet, damit der Permanentmagnet möglichst weit außen im Rotor angeordnet ist und die Position innerhalb des Rotors nicht von dem Klemmelement abhängig ist.If only one clamping element is provided, this is preferably arranged on the side facing the axis of rotation of the rotor, so that the permanent magnet is arranged as far as possible outside in the rotor and the position within the rotor is not dependent on the clamping element.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors sind Klemmelemente auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Permanentmagneten angeordnet, insbesondere jeweils ein Klemmelement auf jeder Seite. In diesem Fall kann der Permanentmagnet an beiden Enden der ersten Erstreckungsrichtung in axialer und radialer Richtung festgelegt werden, was sich positiv auf die Positionierung und damit auf die magnetische Symmetrie und Unwucht des Rotors der elektrischen Maschine auswirkt. Durch eine geeignete Werkstoffauswahl für die Klemmelemente kann die Steifigkeit im eingesetzten Zustand und damit die auf die Permanentmagnete wirkenden Klemmkräfte, welche der Fixierung dienen, vorgegeben werden. Nur beispielhaft wird auf Kunststoffe, Teflon, Silikon, Blei und Polyamid als geeignete Werkstoffe für Klemmelemente verwiesen.In a further practical embodiment of the rotor according to the invention clamping elements are arranged on two opposite sides of the permanent magnet, in particular in each case a clamping element on each side. In this case, the permanent magnet can be fixed at both ends of the first extension direction in the axial and radial directions, which has a positive effect on the positioning and thus on the magnetic symmetry and imbalance of the rotor of the electric machine. By a suitable choice of material for the clamping elements, the stiffness in the inserted state and thus the forces acting on the permanent magnets clamping forces, which serve the fixation, can be specified. By way of example, reference is made to plastics, Teflon, silicone, lead and polyamide as suitable materials for clamping elements.
Das Klemmelement eines erfindungsgemäßen Rotors ist vorzugsweise elastisch ausgebildet, was aufgrund der geometrischen Gestaltung und/oder aufgrund der Werkstoffauswahl gegeben sein kann. Unter einer elastischen Ausbildung wird vorliegend verstanden, dass das Klemmelement eine elastische Verformung von mindestens 5 Prozent aufweist, bevorzugt mindestens 10 Prozent und weiter bevorzugt mindestens 15 Prozent, (bezogen auf die Länge des Klemmelements in der ersten Erstreckungsrichtung. Alternativ können auch andere Gestaltungen des Klemmelements Verwendung finden, beispielsweise eher starre Gestaltungen mit einer elastischen Verformung von unter 5 Prozent, die klauenartig ausgebildet sind. Wesentlich ist, dass eine exakte Positionierbarkeit der Permanentmagnete mit Hilfe der Klemmelemente möglich ist, beispielsweise durch Aufbringen einer definierten Klemmkraft und Verwendung von auf diese Klemmkraft abgestimmten Klemmelementen. Mit einer elastischen Verformbarkeit von mindestens 5, 10 bzw. 15 Prozent ist gemeint, dass das Klemmelement auf 95, 90 bzw. 85 Prozent seiner Länge gestaucht werden kann, ohne dass es zu einer plastischen und somit irreversiblen Verformung kommt.The clamping element of a rotor according to the invention is preferably elastic, which may be due to the geometric design and / or due to the choice of material. In the present case, an elastic embodiment is understood to mean that the clamping element has an elastic deformation of at least 5 percent, preferably at least 10 percent and more preferably at least 15 percent (relative to the length of the clamping element in the first extension direction.) Alternatively, other configurations of the clamping element may be used It is essential that an exact positioning of the permanent magnets by means of the clamping elements is possible, for example by applying a defined clamping force and using adapted to this clamping force With an elastic deformability of at least 5, 10 or 15 percent, it is meant that the clamping element can be compressed to 95, 90 or 85 percent of its length without that there is a plastic and thus irreversible deformation.
Eine entsprechende Klemmkraft kann insbesondere dadurch erzielt werden, dass das Klemmelement bzw. die Klemmelemente bereits vor dem Einsetzen in die Ausnehmung zusammengedrückt werden und sich dann in der Ausnehmung ”festklemmen”. Alternativ oder in Ergänzung dazu kann in einer zweiten Erstreckungsrichtung ein Verspannelement zum Verspannen eines oder mehrerer Permanentmagnete und/oder eines oder mehrerer Klemmelemente in Querrichtung zur ersten Erstreckungsrichtung angeordnet sein. Derartige Verspannelemente sind bei einigen bekannten Rotoren bereits vorhanden, um mehrere Rotoreinzelpakete zu einem Rotorgesamtpaket zu verspannen. Die mit entsprechenden Verspannelementen ohnehin erforderlichen Montagekräfte können somit zur Fixierung von Permanentmagneten in entsprechenden Ausnehmungen mitgenutzt werden. Durch eine derartige Kombinierung unterschiedlicher Prozessschritte können die Herstellungskosten eines erfindungsgemäßen Rotors weiter gesenkt werden.A corresponding clamping force can be achieved in particular by the fact that the clamping element or the clamping elements are already compressed before insertion into the recess and then "clamp" in the recess. Alternatively or in addition thereto, in a second extension direction, a bracing element can be arranged for bracing one or more permanent magnets and / or one or more clamping elements in the transverse direction to the first extension direction. Such bracing elements are already present in some known rotors in order to brace a plurality of rotor individual packages to a rotor overall package. The mounting forces required anyway with corresponding bracing elements can thus be used to fix permanent magnets in corresponding recesses. Through such a combination of different process steps, the manufacturing costs of a rotor according to the invention can be further reduced.
Das Handling von Permanentmagneten, insbesondere in Kombination mit mehreren Klemmelementen (z. B. mit zwei den Permanentmagneten in Erstreckungsrichtung einschließenden Klemmelementen), wird erleichtert, wenn die Klemmelemente über ein oder mehrere Verbindungselemente miteinander verbunden sind und somit eine Einheit bilden.The handling of permanent magnets, in particular in combination with a plurality of clamping elements (eg with two clamping elements enclosing the permanent magnets in the direction of extent), is facilitated if the clamping elements are connected to one another via one or more connecting elements and thus form a unit.
Die Erfindung betrifft auch ein Montageverfahren zum Fixieren eines Permanentmagneten in einer Ausnehmung eines Rotors einer elektrischen Maschine, gemäß welchem ein Permanentmagnet mit mindestens einem, in einer ersten Erstreckungsrichtung des Permanentmagneten angeordneten Klemmelement gemeinsam in die Ausnehmung derart eingesetzt wird, dass der Permanentmagnet von dem Klemmelement mindestens teilweise umschlossen ist.The invention also relates to a mounting method for fixing a permanent magnet in a recess of a rotor of an electric machine, according to which a permanent magnet with at least one arranged in a first direction of extension of the permanent magnet clamping member is inserted together in the recess such that the permanent magnet of the clamping element at least partially enclosed.
Auf die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Rotor beschriebenen Vorteile wird hiermit noch einmal verwiesen. Ferner wird auf sich aus den beschriebenen Vorrichtungsmerkmalen ergebende vorteilhafte Gestaltungen eines erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen, die in den Ansprüchen nicht separat hervorgehoben, aber für den Fachmann offensichtlich sind.The advantages already described in connection with the rotor according to the invention are hereby referred to once again. Furthermore, reference is made to advantageous embodiments of a method according to the invention resulting from the described device features, which are not separately highlighted in the claims, but obvious to the person skilled in the art.
In einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Fixierung durch elastische Komprimierung des Klemmelements während der Montage und durch anschließende Ausübung einer Druckkraft von dem Klemmelement auf den Permanentmagneten.In a practical embodiment of the method according to the invention, the fixation is effected by elastic compression of the clamping element during assembly and by subsequent exertion of a compressive force of the clamping element on the permanent magnet.
In einer anderen, alternativ oder in Ergänzung zu den vorstehenden Verfahrensvarianten anwendbaren Verfahrensvariante wird mit Hilfe eines Verspannelements in einer zweiten Erstreckungsrichtung quer zur ersten Erstreckungsrichtung des Permanentmagneten eine Kraft auf einen oder mehrere Permanentmagnete und/oder auf eines oder mehrere Klemmelemente ausgeübt.In another variant of the method applicable as an alternative or in addition to the above variants of the method, a force is exerted on one or more permanent magnets and / or on one or more clamping elements in a second extension direction transversely to the first extension direction of the permanent magnet.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform wird das Klemmelement in axialer Richtung in die Ausnehmung eingebracht und dort so angeordnet und positioniert, dass der Permanentmagnet durch das Klemmelement in axialer und radialer Richtung festgelegt ist.In a further practical embodiment, the clamping element is introduced in the axial direction into the recess and arranged and positioned there so that the permanent magnet is fixed by the clamping element in the axial and radial directions.
Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:Further practical embodiments and advantages of the invention are described below in conjunction with the drawings. Show it:
Für Elemente der im folgenden beschriebenen, verschiedenen Ausführungsformen, die identisch oder funktionsgleich sind, werden im Folgenden gleiche Bezugszeichen verwendet.For elements of the various embodiments described below, which are identical or functionally identical, the same reference numerals will be used in the following.
Wie zu erkennen ist, weist der Permanentmagnet
Zum Einsetzen des Permanentmagneten
Der Effekt des Umschließens kann verstärkt oder alternativ ausschließlich dadurch erzeugt werden, dass die Breite b des Permanentmagneten
Die
Als Klemmelement
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung des Fachwissens des zuständigen Fachmanns variiert werden.The invention is not limited to the described embodiments. It may be varied within the scope of the claims and in consideration of the expertise of the skilled artisan.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Rotorrotor
- 1212
- Drehachseaxis of rotation
- 1414
- geschichtetes Blechlayered sheet metal
- 1616
- Ausnehmungrecess
- 1818
- Permanentmagnetpermanent magnet
- 2020
- Klemmelementclamping element
- 2222
- Pfeil (zur Veranschaulichung der radialen Richtung)Arrow (to illustrate the radial direction)
- 2424
- Pfeil (zur Veranschaulichung der axialen Richtung)Arrow (to illustrate the axial direction)
- 2626
- Vorsprunghead Start
- 2828
- Ausnehmungrecess
- 3030
- Deckscheibecover disc
- 3232
- Verspannelementbracing
- 3434
- WerkzeugTool
- 3636
- Pfeilarrow
- 3838
- Spaltgap
- 4040
- Wulstbead
- 4242
- Pfeilarrow
- 4444
- Pfeilarrow
- 4646
- Radiusradius
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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