DE102015009752A1 - Rotor component for an electrical machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Rotorbauteil (10, 110) für eine elektrische Maschine, welches einen Rotormagneten (14, 114, 214) und/oder einen magnetischen Rückschluss (116, 216) als Teil eines elektromagnetischen Antriebssystems umfasst. Erfindungsgemäß weist der Rotormagnet (14, 114) oder der magnetische Rückschluss (216) eine konische oder kegelstumpfförmige Umfangsfläche (14a, 114a3 216b) auf, die mit einer komplementären, konischen oder kegelstumpfförmigen Umfangsfläche (10a, 116a) des Rotorbauteils (10) oder des magnetischen Rückschlusses (116) verbunden ist, wobei die Umfangsflächen (10a, 14a, 114a, 116a, 216b) derart ausgebildet sind, dass der Rotormagnet (14, 114) oder der magnetische Rückschluss (216) am Rotorbauteil (10) oder am magnetischen Rückschluss (116) zentriert und axial positioniert ist.The invention relates to a rotor component (10, 110) for an electrical machine, which comprises a rotor magnet (14, 114, 214) and / or a magnetic yoke (116, 216) as part of an electromagnetic drive system. According to the invention, the rotor magnet (14, 114) or the magnetic yoke (216) has a conical or frusto-conical peripheral surface (14a, 114a3 216b) with a complementary, conical or frusto-conical peripheral surface (10a, 116a) of the rotor component (10) or the magnetic return (116) is connected, wherein the peripheral surfaces (10a, 14a, 114a, 116a, 216b) are formed such that the rotor magnet (14, 114) or the magnetic yoke (216) on the rotor component (10) or at the magnetic yoke (116) is centered and axially positioned.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft ein Rotorbauteil für eine elektrische Maschine, und insbesondere ein Rotorbauteil mit einem daran angeordneten magnetischen Bauteil, beispielsweise einem permanentmagnetischen Rotormagneten.The invention relates to a rotor component for an electrical machine, and in particular to a rotor component with a magnetic component arranged thereon, for example a permanent magnet rotor magnet.
Stand der TechnikState of the art
Eine elektrische Maschine in Form eines Spindelmotors mit einem gattungsgemäßen Rotorbauteil ist beispielsweise aus der
Dieser Spindelmotor umfasst ein feststehendes Motorbauteil bestehend aus einem Motorflansch, einer im Motorflansch angeordneten Lagerbuchse und einem drehbeweglichen Motorbauteil bestehend aus einer in der Lagerbuchse drehbar angeordneten Welle, an deren oberem freien Ende ein Rotorbauteil befestigt ist. Der dargestellte Motor ist als Außenläufermotor ausgebildet.This spindle motor comprises a fixed motor component consisting of a motor flange, a bearing arranged in the motor flange bearing bush and a rotatable motor component consisting of a rotatably mounted in the bearing bush shaft, at the upper free end of a rotor component is attached. The motor shown is designed as an external rotor motor.
Zum Antrieb des Spindelmotors ist ein elektromagnetisches Antriebssystem vorgesehen. Das Antriebssystem umfasst einen elektrischen Stator, der am Motorflansch fest angeordnet ist. An einem inneren Rand des Rotorbauteils ist ein ringförmiger Rotormagnet angeordnet, der als Permanentmagnet ausgebildet ist und mehrere, über den Umfang verteilte Magnetpole aufweist.For driving the spindle motor, an electromagnetic drive system is provided. The drive system comprises an electric stator, which is fixedly mounted on the motor flange. At an inner edge of the rotor component, an annular rotor magnet is arranged, which is designed as a permanent magnet and has a plurality of magnetic poles distributed over the circumference.
Der Rotormagnet umgibt den elektrischen Stator, wobei zwischen dem Außenumfang des Stators und dem Innenumfang des Rotormagneten ein relativ schmaler Luftspalt von beispielsweise 0,2 mm verbleibt.The rotor magnet surrounds the electric stator, wherein a relatively narrow air gap of, for example, 0.2 mm remains between the outer circumference of the stator and the inner circumference of the rotor magnet.
Das drehbare Motorbauteil sollte möglichst konzentrisch zum feststehenden Motorbauteil angeordnet sein, um eine bestmögliche Leistung des Motors zu erzielen. Insbesondere sollte der Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotormagnet über den Umfang gesehen eine gleich bleibende Breite aufweisen.The rotatable engine component should be arranged as concentric as possible to the fixed engine component in order to achieve the best possible performance of the engine. In particular, the air gap between the stator and the rotor magnet over the circumference should have a constant width.
Ist das drehbare Motorbauteil nicht genau konzentrisch zum feststehenden Motorbauteil, so können Unterschiede in der Breite dieses Luftspaltes von beispielsweise einigen zehn bis einigen hundert Mikrometern ergeben.If the rotatable engine component is not exactly concentric with the stationary engine component, then differences in the width of this air gap may result, for example, from several tens to a few hundred micrometers.
Diese Unterschiede in der Breite des Luftspaltes machen sich durch Störungen im elektrischen System, insbesondere auch akustische Störungen in Form von Vibrationen und akustischen Störfrequenzen bemerkbar.These differences in the width of the air gap are noticeable by disturbances in the electrical system, in particular also acoustic disturbances in the form of vibrations and acoustic interference frequencies.
Es wird daher angestrebt, eine möglichst gute Konzentrizität zwischen dem Stator und dem Rotormagneten zu erreichen.It is therefore desirable to achieve the best possible concentricity between the stator and the rotor magnet.
Der Stator kann sehr genau zentrisch montiert werden, da dieser fest auf dem feststehenden Motorbauteil angeordnet ist, beispielsweise mittels einer Presspassung. Der Rotormagnet kann jedoch nicht mittels einer Pressverbindung am Innenumfang des Rotorbauteils befestigt werden, da der Magnet in der Regel aus einem porösen Sintermaterial besteht, welches keine großen Einpresskräfte erlaubt.The stator can be mounted very accurately centric, since it is fixedly arranged on the fixed engine component, for example by means of a press fit. However, the rotor magnet can not be fixed by means of a press connection on the inner circumference of the rotor component, since the magnet is usually made of a porous sintered material, which does not allow large insertion forces.
Daher besteht zwischen dem Innenumfang des Rotorbauteils und dem Außenumfang des Rotormagneten eine Spielpassung oder Übergangspassung, wobei der Rotormagnet mittels Klebstoff mit dem Rotorbauteil befestigt wird. Die axiale Positionierung des Rotormagneten kann mittels eines axialen Anschlages erfolgen, der an der Unterseite des Rotorbauteils angeordnet ist.Therefore, there is a clearance fit or transition fit between the inner periphery of the rotor member and the outer circumference of the rotor magnet, the rotor magnet being fixed to the rotor member by means of adhesive. The axial positioning of the rotor magnet can be effected by means of an axial stop, which is arranged on the underside of the rotor component.
Auf Grund der Spielpassung bzw. Übergangspassung kann es zu radialen Verschiebungen des Rotormagneten relativ zum Rotorbauteil kommen, welche dann zu Fehlern in der Konzentrizität und einer Unwucht des Rotorbauteils führen kann. Hier soll die Erfindung Abhilfe schaffen.Due to the clearance fit or transition fit, there may be radial displacements of the rotor magnet relative to the rotor component, which can then lead to errors in the concentricity and an imbalance of the rotor component. Here is the invention to remedy the situation.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rotorbauteil für eine elektrische Maschine anzugeben, dass eine genaue und konzentrische Montage eines magnetischen Bauteils erlaubt.The invention has for its object to provide a rotor component for an electrical machine that allows accurate and concentric mounting of a magnetic component.
Diese Aufgabe wird durch ein Rotorbauteil mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved by a rotor component having the features of claim 1.
Das Rotorbauteil für die elektrische Maschine umfasst einen Rotormagneten und/oder einen magnetischen Rückschluss als Teil eines elektromagnetischen Antriebssystems.The rotor component for the electric machine comprises a rotor magnet and / or a magnetic yoke as part of an electromagnetic drive system.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotormagnet oder der magnetische Rückschluss eine konische oder kegelstumpfförmige Umfangsfläche aufweist, die mit einer komplementären, ebenfalls konischen oder kegelstumpfförmigen Umfangsfläche des Rotorbauteils oder des magnetischen Rückschlusses verbunden ist. Die Umfangsflächen sind dabei erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass der Rotormagnet oder der magnetische Rückschluss am Rotorbauteil oder am magnetischen Rückschluss zentriert und axial positioniert ist.The invention is characterized in that the rotor magnet or the magnetic yoke has a conical or frusto-conical peripheral surface, which is connected to a complementary, also conical or frusto-conical peripheral surface of the rotor component or the magnetic yoke. The peripheral surfaces are inventively designed such that the rotor magnet or the magnetic yoke is centered on the rotor component or at the magnetic yoke and axially positioned.
Diese konischen bzw. kegelstumpfförmigen Umfangsflächen bilden zwei sich ergänzende Einführschrägen, die das Einführen des Rotormagneten bzw. des magnetischen Rückschlusses in das Rotorbauteil bzw. den magnetischen Rückschluss während der Montage erleichtern.These conical or frusto-conical peripheral surfaces form two complementary insertion bevels, which are the insertion of the rotor magnet or the magnetic yoke into the Rotor component or the magnetic return during assembly easier.
Der Rotormagnet bzw. der magnetische Rückschluss wird in das Rotorbauteil bzw. den magnetischen Rückschluss eingeschoben bis die Schrägflächen eine Fügeverbindung in Form eines Kegelsitzes eingehen.The rotor magnet or the magnetic yoke is inserted into the rotor component or the magnetic yoke until the inclined surfaces form a joint connection in the form of a conical seat.
Hierbei ist kein Presssitz vorgesehen, sondern der Rotormagnet bzw. der magnetische Rückschluss wird nur so weit eingeschoben, bis sich die einander zugewandten schrägen Umfangsflächen berühren und aneinander anliegen. Die Fixierung des Rotormagneten bzw. des magnetischen Rückschlusses erfolgt dann vorzugsweise mittels Klebstoff, der zuvor auf wenigstens eine der beiden Fügeflächen aufgetragen wurde.In this case, no press fit is provided, but the rotor magnet or the magnetic yoke is only inserted so far, to touch the facing oblique peripheral surfaces and abut each other. The fixation of the rotor magnet or the magnetic yoke is then preferably carried out by means of adhesive, which was previously applied to at least one of the two joining surfaces.
Durch diese konischen bzw. kegelstumpfförmigen Umfangsflächen am Rotormagnet/magnetischen Rückschluss sowie am Rotorbauteil/magnetischen Rückschluss wird der Rotormagnet bzw. der magnetische Rückschluss sehr genau in dem Rotorbauteil bzw. dem magnetischen Rückschluss zentriert.By means of these conical or frustoconical peripheral surfaces on the rotor magnet / magnetic yoke and on the rotor component / magnetic yoke, the rotor magnet or the magnetic yoke is centered very precisely in the rotor component or the magnetic yoke.
Die axiale Position des Rotormagneten bzw. magnetischen Rückschlusses im Rotorbauteil bzw. im magnetischen Rückschluss wird ebenfalls durch die Form und den Winkel der konischen bzw. kegelstumpfförmigen Umfangsflächen bestimmt.The axial position of the rotor magnet or magnetic yoke in the rotor component or in the magnetic return is also determined by the shape and the angle of the conical or frusto-conical peripheral surfaces.
Ein axialer Anschlag, wie er beim Stand der Technik vorgesehen war, ist beim erfindungsgemäßen Rotorbauteil nicht mehr notwendig, da sich ansonsten eine Doppelpassung ergeben würde. Ein axialer Anschlag wäre daher entweder wirkungslos oder würde das magnetische Bauteil zu früh in seiner axialen Lage begrenzen, bevor die schrägen Umfangsflächen aneinander anliegen. Durch den Wegfall dieses axialen Anschlags wird der Rotormagnet an dieser Seite nicht mehr kurzgeschlossen, was eine Erhöhung der Feldstärke zur Folge hat.An axial stop, as was provided in the prior art, is no longer necessary in the rotor component according to the invention, since otherwise a double fit would result. An axial stop would therefore be either ineffective or would limit the magnetic component too early in its axial position before the oblique peripheral surfaces abut each other. By eliminating this axial stop the rotor magnet is no longer short-circuited on this page, resulting in an increase in field strength.
Die konischen oder kegelstumpfförmigen Umfangsflächen des Rotormagneten, des magnetischen Rückschlusses und des Rotorbauteils sind in einem spitzen Winkel zu einer gemeinsamen Mittelachse angeordnet, die der Rotationsachse des Rotorbauteils entspricht.The conical or frusto-conical peripheral surfaces of the rotor magnet, the magnetic yoke and the rotor component are arranged at an acute angle to a common central axis, which corresponds to the axis of rotation of the rotor component.
Der Winkel dieser Umfangsflächen ist vorzugsweise gleich groß. In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt der Winkel der Umfangsflächen zwischen 1° und 10° Grad in Bezug auf die Rotationsachse.The angle of these peripheral surfaces is preferably the same size. In a preferred embodiment, the angle of the peripheral surfaces is between 1 ° and 10 ° degrees with respect to the axis of rotation.
Bei einem Außenläufermotor umfasst der Rotormagnet bzw. der magnetische Rückschluss eine konische oder kegelstumpfförmige äußere Umfangsfläche, die mit einer konischen oder kegelstumpfförmigen inneren Umfangsfläche des Rotorbauteils bzw. des magnetischen Rückschlusses zusammenwirkt.In an external rotor motor, the rotor magnet or the magnetic yoke comprises a conical or frusto-conical outer peripheral surface, which cooperates with a conical or frusto-conical inner peripheral surface of the rotor component or the magnetic yoke.
Bei einem Innenläufermotor umfasst der Rotormagnet bzw. der magnetische Rückschluss eine konische oder kegelstumpfförmige innere Umfangsfläche, die mit einer konischen oder kegelstumpfförmigen äußeren Umfangsfläche des Rotorbauteils bzw. des magnetischen Rückschlusses zusammenwirkt.In an internal rotor motor, the rotor magnet or the magnetic yoke comprises a conical or frusto-conical inner peripheral surface, which cooperates with a conical or frusto-conical outer peripheral surface of the rotor component or the magnetic yoke.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Rotormagnet eine konzentrisch zur Rotationsachse verlaufende innere Umfangsfläche auf. Im Falle eines Innenläufermotors, weist der Rotormagnet eine konzentrisch zur Rotationsachse verlaufende äußere Umfangsfläche auf.In a preferred embodiment of the invention, the rotor magnet has a concentric with the axis of rotation extending inner peripheral surface. In the case of an internal rotor motor, the rotor magnet has a concentric with the axis of rotation extending outer peripheral surface.
Das erfindungsgemäße Rotorbauteil kann zusammen mit einem Stator, der mehrere mit Statorwicklungen versehenen Statorpole umfasst, in einem Elektromotor verwendet werden.The rotor component according to the invention can be used in an electric motor together with a stator comprising a plurality of stator poles provided with stator windings.
Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Rotorbauteil zusammen mit einem Stator, der mehrere mit Statorwicklungen versehenen Statorpole umfasst, als Teil eines elektromagnetischen Antriebsystems dienen, das einen Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem in Rotation versetzt. Dieser Spindelmotor kann bevorzugt in einem Festplattenlaufwerk oder einem Lüfter zum Einsatz kommen.Preferably, the rotor component according to the invention, together with a stator which comprises a plurality of stator poles provided with stator windings, serve as part of an electromagnetic drive system which rotates a spindle motor with a fluid dynamic bearing system. This spindle motor may preferably be used in a hard disk drive or a fan.
Nachfolgend werden verschiedene Ausgestaltungen der Erfindungen anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Hierbei ergeben sich weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung.Hereinafter, various embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. This results in further advantages and features of the invention.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Beschreibung von bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung: DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION
Das Rotorbauteil
Die innere Umfangsfläche
In gleicher Weise ist die äußere Umfangsfläche
Bei der Montage des Rotormagneten
Der Rotormagnet
Durch die schrägen Umfangsflächen
Die innere Umfangsfläche
Folglich bleibt auch der vorgesehene Luftspalt zwischen dem Rotormagneten
Die oben genannten Probleme im Hinblick auf Störungen im elektrischen System und akustische Störungen durch mangelnde Konzentrizität zwischen dem Rotormagneten
Im Gegensatz zum Stand der Technik kann bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Rotorbauteils
Bei einem Spindelmotor, wie er typischerweise zum Antrieb von Festplattenlaufwerken eingesetzt wird, hat das Rotorbauteil
In
Daher kann das Rotorbauteil
Der magnetische Rückschluss
Der magnetische Rückschluss
Der Rotormagnet
Die Umfangsflächen
Der Rotormagnet
Der magnetische Rückschluss
Es ergibt sich ein zusammengesetztes magnetisches Bauteil, das aus dem Rotormagneten
Das Rotorbauteil
Eine äußere Umfangsfläche
Das magnetische Bauteil bestehend aus dem Rotormagneten
Mittels Klebstoff kann das magnetische Bauteil
Es soll noch erwähnt werden, dass die bevorzugt verwendeten Rotormagneten oftmals als Formpressteil aus Sintermaterial ausgebildet sind, so dass die erforderliche Formgebung mit der konischen oder kegelstumpfförmigen Schrägfläche bereits durch die Pressform realisiert werden kann. Zumal sind bei Pressformlingen entsprechende Entformungsschrägen notwendig, um den Formling aus der Pressform leichter entfernen zu können. Diese Entformungsschrägen können erfindungsgemäß als konische oder kegelstumpfförmige Schrägflächen im erforderlichen Winkel α ausgebildet sein.It should also be mentioned that the preferred rotor magnets are often formed as a molded part made of sintered material, so that the required shape with the conical or frusto-conical inclined surface can already be realized by the mold. Especially with moldings appropriate Entformungsschrägen necessary to be able to remove the molding from the mold easier. This Entformungsschrägen may be formed according to the invention as a conical or frusto-conical inclined surfaces in the required angle α.
Ferner sei noch zu bemerken, dass die Erfindung nicht nur für Motoren angewendet werden kann, bei denen der Rotormagnet radial außerhalb des elektrischen Stators angeordnet ist, sondern auch für Motoren, bei denen der Rotormagnet radial innerhalb des Stators angeordnet ist. Dies gilt sowohl für Außenläufermotoren als auch Innenläufermotoren.It should also be noted that the invention can be applied not only to motors in which the rotor magnet is arranged radially outside of the electric stator, but also for motors in which the rotor magnet radially inside of the stator is arranged. This applies to both external rotor motors and internal rotor motors.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 10, 11010, 110
- Rotorbauteilrotor component
- 10a, 110a10a, 110a
- innere Umfangsflächeinner peripheral surface
- 1212
- Rotationsachseaxis of rotation
- 14, 114, 21414, 114, 214
- Rotormagnetrotor magnet
- 14a, 114a, 214a14a, 114a, 214a
- äußere Umfangsflächeouter peripheral surface
- 14b, 114b, 214b14b, 114b, 214b
- innere Umfangsflächeinner peripheral surface
- 116, 216116, 216
- magnetischer Rückschlussmagnetic inference
- 116a, 216a116a, 216a
- innere Umfangsflächeinner peripheral surface
- 116b, 216b116b, 216b
- äußere Umfangsflächeouter peripheral surface
- 1818
- Pfeilrichtungarrow
- αα
- Winkelangle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102013014229 A1 [0002, 0034] DE 102013014229 A1 [0002, 0034]
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DE102015009752.0A DE102015009752A1 (en) | 2015-07-31 | 2015-07-31 | Rotor component for an electrical machine |
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2015
- 2015-07-31 DE DE102015009752.0A patent/DE102015009752A1/en active Pending
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