-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum induktiven Erwärmen von mit einer Beschichtung versehenen Dauermagneten eines Rotors und/oder eines Klebers in Magnettaschen eines Rotors für eine elektrische Maschine nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum induktiven Erwärmen von mit einer Beschichtung versehenen Dauermagneten und/oder eines Klebers gemäß Anspruch 9.
-
Stand der Technik
-
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Dauermagnete in den Magnettaschen eines Rotors einer elektrischen Maschine zu befestigen, sodass diese während des Betriebs der elektrischen Maschine nicht verrutschen und entsprechend beschädigt werden können. Typischerweise werden die Dauermagnete mit Klebstoff in den Taschen befestigt. Anschließend wird der Rotor inklusive der beschichteten Magnete in einen Ofen gelegt und erhitzt. Die Ofenwärme aktiviert die Beschichtung, sodass sich eine Klebewirkung ausbildet und die Magnete in den Taschen festkleben. Nachteilig an einer derartigen Befestigung der Magnete in den Taschen eines Rotors ist allerdings, dass der notwendige Ofenprozess teuer und zeitintensiv ist. Insbesondere ist somit der Einsatz von Klebemitteln für den Serienprozess zu teuer und zeitaufwendig.
-
Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum induktiven Erwärmen von mit einer Beschichtung versehenen Dauermagneten in Magnettaschen eines Rotors für eine elektrische Maschine und/oder eines Klebers in Magnettaschen eines Rotors für eine elektrische Maschine derart weiterzuentwickeln, dass ein teurer und zeitintensiver Ofenprozess vermieden wird, jedoch dennoch ein fester Sitz der Dauermagnete in den Magnettaschen gewährleistet ist. Ferner soll die Vorrichtung derart ausgebildet sein, dass die Dauermagnete möglichst schnell in den Magnettaschen befestigt werden können. In einem weiteren Aspekt liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum induktiven Erwärmen von mit einer Beschichtung versehenen Dauermagneten und/oder eines Klebers entsprechend der oben genannten Vorteile zu verbessern.
-
Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung zum induktiven Erwärmen von mit einer Beschichtung versehenen Dauermagneten in Magnettaschen eines Rotors für eine elektrische Maschine und/oder zum induktiven Erwärmen eines Klebers in Magnettaschen eines Rotors für eine elektrische Maschine ausgebildet, um durch Aktivierung der Beschichtung und/oder des Klebers einen festen Sitz der Dauermagnete in den Magnettaschen des Rotors zu erreichen.
-
Dabei ist die Vorrichtung insbesondere zur Erzeugung von Wirbelströmen ausgebildet, um durch induktive Wirbelstromerwärmung die Dauermagnete und/oder den Kleber zu erwärmen. Die Vorrichtung ist dazu geeignet, in den Dauermagneten Wirbelströme zu induzieren und die Dauermagnete und/oder den Kleber auf diese Weise induktiv zu erwärmen. Dadurch wird die Beschichtung, mit denen die Dauermagnete insbesondere versehen sind, und/oder der Kleber ebenfalls erwärmt und somit aktiviert. Ferner kann alternativ oder zusätzlich durch die induktive Erwärmung ein zuvor in die Magnettaschen des Rotors, insbesondere in den sich ausbildenden Luftspalt zwischen Dauermagnet und Magnettasche, eingebrachter Kleber aktiviert werden.
-
Durch die Aktivierung der Beschichtung und/oder des Klebers wird ein fester Sitz der Dauermagnete in den Magnettaschen des Rotors erreicht. Insbesondere sind die Dauermagnete durch die Aktivierung der Beschichtung und/oder des Klebers gut haftend und reproduzierbar in den Magnettaschen befestigt. Die Magnettaschen werden insbesondere durch die Taschen eines Rotorblechs des Rotors gebildet. Dabei weist jede Magnettasche eine Wandung auf. Durch eine Aktivierung der Beschichtung und/oder des Klebers wird eine Verbindung jedes Dauermagnetes mit der entsprechenden Wandung der Magnettasche, in der der Dauermagnet angeordnet ist, ermöglicht. Insbesondere wird eine Haftschlussverbindung zwischen den Dauermagneten und den Magnettaschen erzielt.
-
Bei den Dauermagneten handelt es sich um Permanentmagnete. Dabei kann es sich vor allem um Dauermagnete handeln, die aufgrund ihres Herstellungsprozesses, insbesondere aufgrund der während des Herstellens auftretenden hohen Sintertemperatur, ihre Magnetisierung verloren haben, die jedoch durch einen ausreichend starken Magnetisierungsimpuls wiederhergestellt werden kann.
-
Die Beschichtung ist auf mindestens einer Oberfläche der Dauermagnete, besonders vorteilhaft auf der gesamten Oberfläche der Dauermagnete, aufgebracht. Unter dem Begriff „Aktivierung“ ist insbesondere eine Erwärmung der Beschichtung und/oder des Klebers, bevorzugterweise eine Erwärmung über 100°C, vor allem über 150°C, besonders bevorzugt über 180°C, zu verstehen.
-
Dadurch, dass durch die vorliegende Erfindung die notwendige Erwärmung zur Herstellung eines Halts der Dauermagnete in den Magnettaschen induktiv erzielt wird, ist ein möglichst schneller Aufheizprozess garantiert, der deutlich effektiver ist als ein aus dem Stand der Technik bekannter Ofenprozess. Dies liegt insbesondere daran, dass bei einem Ofenprozess der gesamte Rotor mittels Strahlungswärme erhitzt werden muss, was dazu führt, dass der Erwärmungsprozess sehr langwierig und energieintensiv ist. Durch ein induktives Erwärmen werden somit sowohl Kosten als auch Zeit und Energie gespart, wobei gleichzeitig die Dauermagnete in den Magnettaschen genauso fest und gut fixiert werden wie in einem geklebten Zustand.
-
Vorteilhafterweise ist die Beschichtung der Dauermagnete und/oder der Kleber expandierbar und/oder erweichbar und/oder aufschäumbar und/oder thermisch aushärtbar ausgebildet, um durch Expandieren und/oder Erweichen und/oder Aufschäumen und/oder thermisches Aushärten der Beschichtung und/oder des Klebers einen festen Sitz der Dauermagnete in den Magnettaschen des Rotors zu erzielen. Unter dem Begriff „Aktivierung“ ist somit insbesondere ein Expandieren und/oder Erweichen und/oder Aufschäumen und/oder ein thermisches Aushärten der Beschichtung und/oder des Klebers zu verstehen.
-
Vor allem weist die Vorrichtung eine Mehrzahl von Radialfeldspulen zur Erzeugung von Wirbelströmen auf, wobei diese Radialfeldspulen um eine Mantelfläche des Rotors der elektrischen Maschine anordnenbar sind. Vor allem sind die Radialfeldspulen um eine Mantelfläche des Rotors angeordnet. Alternativ können Sie Positionen des Stators und des Rotors ausgetauscht sein. Der Stator kann zur Wirbelstromerzeugung innen (d.h. im Bereich der Rotorwelle) angeordnet sein. In diesem Fall ist der Rotor außen angeordnet, sodass sich der Stator in einem Inneren des Rotors befindet.
-
Radialfeldspulen dienen zur Erzeugung von Wirbelströmen in den Dauermagneten, zur Erwärmung der Dauermagneten und/oder des Klebers und somit zur Aktivierung der Beschichtung und/oder des Klebers.
-
Bevorzugterweise ist die Vorrichtung als ein Magnetisierungskopf ausgebildet, der ebenfalls zum Aufmagnetisieren der Dauermagnete ausgebildet ist. Unter einem Aufmagnetisieren der Dauermagnete ist vor allem das Erzeugen eines ausreichend starken Magnetisierungsimpulses mit Gleichstrom zu verstehen, der die Parallelausrichtung der Elementarmagnete in den Dauermagneten nach dem Sintern wiederherstellt und somit die Dauermagnete wieder jeweils ein statisches Magnetfeld aufweisen. Durch das Verwenden eines Magnetisierungskopfes, der gleichzeitig zum Aufmagnetisieren der Dauermagnete geeignet ist, wird der gesamte Prozess noch effektiver ausgebildet.
-
Alternativ ist die Vorrichtung als ein Stator mit einer Mehrzahl von Statorspulen für die elektrische Maschine ausgebildet, wobei der Rotor in dem Stator festgebremst ausgebildet ist. Bei den Statorspulen handelt es sich insbesondere um Radialfeldspulen.
-
Bevorzugterweise weist der Rotor eine Mehrzahl von Polen auf. Insbesondere ist jedem Pol des Stators eine Radialfeldspule oder Statorspule zuordnet, die dem Pol vor allem gegenüberstehend angeordnet ist. Dabei kann jeder Pol einen Dauermagneten oder eine Vielzahl von Dauermagneten, sowohl in Tangentialanordnung als auch V-Anordnung, aufweisen. Bei einer V-Anordnung können mehrere Paare von derart angeordneten Magneten in Radialrichtung hintereinander angeordnet sein, wobei sämtliche Magnete demselben Pol zugeordnet werden.
-
Vorteilhafterweise sind die Radialfeldspulen oder Statorspulen derart angeordnet, dass zwei Dauermagneten des Rotors eine Radialfeldspule oder Statorspule gegenübersteht.
-
Insbesondere sind die Radialfeldspulen oder Statorspulen derart angeordnet, dass jedem Dauermagnet des Rotors jeweils eine Radialfeldspule oder Statorspule gegenübersteht.
-
Insbesondere ist der Rotor zylinderförmig mit einer Umfangsfläche ausgebildet, wobei die Radialfeldspulen oder Statorspulen der Vorrichtung gleichmäßig verteilt um die Rotorumfangsfläche angeordnet sind.
-
Die Radialfeldspulen oder Statorspulen sind dazu ausgebildet, in den Dauermagneten Wirbelströme zu induzieren und die Dauermagnete und/oder den Kleber auf diese Weise induktiv zu erwärmen. Die Vorrichtung, insbesondere die Radialfeldspulen oder Statorspulen, werden mit einem Drehfeld oder einem Wechselfeld zur Erzeugung der Wirbelströme gespeist. Das Drehfeld zeichnet sind insbesondere dadurch aus, dass es mit hoher Dreh- bzw. Umlaufgeschwindigkeit ausgebildet ist.
-
Bevorzugterweise weist jeder Pol jeweils eine Magnetachse auf, während die Radialfeldspulen oder Statorspulen jeweils eine Magnetisierungsachse aufweisen. Bei der Magnetachse eines Pols handelt es sich um die resultierende Magnetachse der dem Pol zugeordneten Dauermagneten. Dabei sind die Radialfeldspulen oder Statorspulen derart angeordnet, dass jeweils eine Magnetisierungsachse einer Statorspule oder Radialfeldspule in unmittelbarer Nähe zu einer Magnetachse eines Pols angeordnet ist.
-
Die Dauermagnete je Pol sind auf dem Rotor insbesondere derart angeordnet, dass das Radialfeld des Rotors den Auslegungsanforderungen entspricht. Insbesondere weisen die Radialfeldspulen oder Statorspulen jeweils eine Magnetisierungsachse auf, wobei die Magnetisierungsachse dadurch gekennzeichnet ist, dass auf dieser am effektivsten Wirbelströme in den Dauermagneten des Rotors erzeugt werden.
-
Vorteilhafterweise sind die Radialfeldspulen oder Statorspulen der Vorrichtung derart angeordnet, dass jeweils eine Magnetisierungsachse einer Statorspule oder Radialfeldspule mit der Magnetachse eines Pols zusammenfallen, sodass eine besonders effektive Erwärmung der Dauermagnete und/oder des Klebers durch eine maximale Erzeugung von Wirbelströmen erzielt wird.
-
Die vorgenannte Anordnung der Radialfeldspulen oder Statorspulen der Vorrichtung ist insbesondere bei Wechselfeldspeisung von Vorteil, da dadurch maximal Wirbelströme in den Dauermagneten induziert werden.
-
Bei Drehfeldspeisung hingegen läuft das Drehfeld um, sodass abwechselnd Nord- und Südpole der erzeugten Magnetfelder über die am Rotor angeordneten Dauermagnete laufen. Da sich die Pole so im Takt der Speisefrequenz abwechseln, wirkt das Drehfeld für die zu erwärmenden Dauermagnete näherungsweise identisch wie ein Wechselfeld. Durch die umlaufenden Pole des Drehfeldes liegt der Vorteil einer Drehfeldspeisung somit vor allem darin, dass die Ausrichtung der Magnetisierungsachsen der Radialfeldspulen oder Statorspulen zu den Magnetachsen der Dauermagnete weniger relevant ist.
-
Insbesondere befasst sich die vorliegende Erfindung mit einem System eines Rotors und einer vorbeschriebenen Vorrichtung zum induktiven Erwärmen von mit einer Beschichtung versehenen Dauermagneten.
-
In einem weiteren Aspekt handelt die Erfindung von einem Verfahren zum induktiven Erwärmen von mit einer Beschichtung versehenen Dauermagneten und/oder eines Klebers in Magnettaschen eines Rotors, wobei die Beschichtung und/oder der Kleber durch ein induktives Erzeugen von Wirbelströmen aktiviert wird. Insbesondere wird die Beschichtung und/oder der Kleber erweicht und/oder aufgeschäumt und/oder expandiert und/oder thermisch ausgehärtet. Das Verfahren dient insbesondere zur Befestigung der Dauermagnete in den Magnettaschen eines Rotors einer elektrischen Maschine. In einem weiteren Schritt umfasst das Verfahren ferner das thermische Aushärten der Beschichtung und/oder des Klebers. Zuvor wird der Kleber insbesondere in einen Luftspalt zwischen Dauermagneten und Magnettaschen eingebracht.
-
Vorteilhafterweise wird das Verfahren mittels einer vorbeschriebenen Vorrichtung zum induktiven Erwärmen von mit einer Beschichtung versehenen Dauermagneten und/oder eines Klebers ausgeführt. Das Verfahren umfasst vor allem den Schritt des Festbremsens eines Rotors in einer Vorrichtung, die als Stator ausgebildet ist. Zudem kann das Verfahren das Herstellen einer zuvor beschriebenen Anordnung der Vorrichtung zu den Dauermagneten beinhalten. Ferner kann das Verfahren auch den Schritt des Aufmagnetisierens der Dauermagnete umfassen.
-
Figurenliste
-
Es zeigen schematisch:
- 1a: einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines Rotors einer elektrischen Maschine;
- 1b: einen Querschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines Rotors einer elektrischen Maschine;
- 2: einen Querschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines Rotors einer elektrischen Maschine; und
- 3: einen Querschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines Rotors einer elektrischen Maschine.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
-
1 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (100) und eines Rotors (13) einer elektrischen Maschine. Der in 1a gezeigte Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung (100) sowie den Rotor (13) ist auf Höhe der Magnettaschen (12) des Rotors (13) angeordnet.
-
In den Magnettaschen (12) sind Dauermagnete (10a, 10b, 10c, 10d) mit Magnetachsen (19a, 19b, 19c, 19d) angeordnet, die jeweils mit einer expandierenden Beschichtung (11) versehen sind. Der Rotor (13) weist eine Mantelfläche (13a) auf, entlang derer sich die Vorrichtung (100) erstreckt. Die Vorrichtung (100) umfasst in diesem Ausführungsbeispiel vier Radialfeldspulen (16), die jeweils eine Magnetisierungsachse (20) aufweisen. Der Rotor (13) umfasst vier Pole (21a, 21, 21c, 21d) mit jeweils einer eigenen Magnetachse (22a, 22b, 22c, 22d). Dabei sind die Radialfeldspulen (16) derart um die Mantelfläche (13a) des Rotors (13) angeordnet, dass die Magnetisierungsachsen (20) der Radialfeldspulen (16) mit den Magnetachsen (22a, 22b, 22c, 22d) der Pole (21a, 21b, 21c, 21d) zusammenfallen.
-
Die Radialfeldspulen (16) der Vorrichtung (100) werden mit Wechselstrom gespeist. Durch die in 1a gezeigte Anordnung werden maximal Wirbelströme in den Dauermagneten (10a, 10b, 10c, 10d) erzeugt und diese somit möglichst effektiv erwärmt. Als Folge findet ebenfalls eine maximale Erwärmung der Beschichtung (11) der Dauermagnete (10a, 10b, 10c, 10d) statt. Die Beschichtung (11) expandiert und sorgt somit für einen festen Halt der Dauermagnete (10a, 10b, 10c, 10d) in den Magnettaschen (12) des Rotors (13). Alternativ oder zusätzlich kann mit derselben Anordnung ein in den Magnettaschen (12) befindlicher Kleber ausgehärtet werden.
-
Bei der Vorrichtung (100) handelt es sich um einen Magnetisierungskopf (17). Ferner kann der Magnetisierungskopf (17) bei Gleichstrom- anstatt Wechselstromspeisung zum Aufmagnetisieren der Dauermagnete (10a, 10b, 10c, 10d) verwendet werden.
-
In 1b ist ein Querschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung (100) und eines Rotors (13) einer elektrischen Maschine dargestellt. Der Querschnitt findet sich analog zu 1a auf einer Höhe, in der sich die Magnettaschen (12) des Rotors (13) befinden.
-
Die Anordnung der Dauermagnete (10a, 10b, 10c, 10d) sowie der Radialfeldspulen (16) ist identisch mit 1a. Der einzige Unterschied ist darin zu sehen, dass die Vorrichtung (100) nicht als Magnetisierungskopf (17) sondern als Stator (14) mit Statorspulen (15) ausgebildet ist. Der Rotor (13) ist in dem Stator (14) festgebremst. Der Stator (14) ist mit Wechselstrom gespeist, sodass die Statorspulen (15) Wirbelströme in den Dauermagneten (10a, 10b, 10c, 10d) erzeugen und diese somit erwärmen, was zu einer Expansion der Beschichtung (11) führt.
-
2 zeigt einen Querschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung (100) sowie eines Rotors (13) einer elektrischen Maschine, wobei der Querschnitt analog zu den 1a und 1b gewählt ist. Erneut ist die Vorrichtung (100) als Stator (14) der elektrischen Maschine ausgebildet, in der der Rotor (13) festgebremst ist.
-
In den Magnettaschen (12) des Rotors (13) sind Dauermagnete (10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h) angeordnet, von denen jeweils zwei Dauermagnete (10a und 10b, 10c und 10d, 10e und 10f, 10g und 10h) V-förmig angeordnet sind. Diesen V-förmig angeordneten Paaren von Dauermagneten ist jeweils eine Statorspule (15) des Stators (14) zugeordnet. Die Magnetisierungsachsen (20) der Statorspulen (15) fallen jeweils mit einer der Magnetachsen (22a, 22b, 22c, 22d) der Pole (21a, 21b, 21c, 21d), die hier jeweils zwei Dauermagnete (10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h) umfassen, zusammen.
-
Die Statorspulen (15) werden wahlweise mit Drehstrom oder Wechselstrom gespeist. Bei einem Drehfeld ist es nicht nachteilig, wenn die Magnetisierungsachsen (20) der Statorspulen (15) nicht mit den Magnetachsen (22a, 22b, 22c, 22d) der Pole (21a, 21b, 21c, 21d) zusammenfallen. Da sich die Nord- und Südpole des Drehfeldes abwechseln, erfahren die Dauermagnete (10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h) subjektiv ein Wechselfeld, sodass auch in diesem Falle die Wirbelstromerzeugung sowie die induktive Erwärmung äußerst effektiv ist. Möglich wäre in diesem Fall sogar, dass die Polpaarzahl des Statordrehfeldes nicht mit der Polpaarzahl des Rotors (13) übereinstimmt. Da der Rotor (13) festgebremst ist, sieht er unabhängig von der Polpaarzahl des Statordrehfeldes trotzdem ein Wechselfeld in den Dauermagneten (10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h).
-
In 3 ist ein Querschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung (100) sowie eines Rotors (13) einer elektrischen Maschine gezeigt. Dabei ist die Anordnung der Dauermagnete (10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h) in 3 identisch zu der in 2 gezeigten Anordnung.
-
Die Vorrichtung (100) ist als Stator (14) der elektrischen Maschine ausgebildet. Die Statorspulen (15), die als Radialfeldspulen (16) ausgebildet sind, werden mit Wechselstrom oder Drehstrom gespeist. Die Statorspulen (15) sind in 3 derart angeordnet, dass jedem Dauermagneten (10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h) jeweils eine Radialfeldspule (16) zugeordnet werden kann. Die Magnetisierungsachsen (20) der Radialfeldspulen (16) fallen zwar nicht gänzlich mit den Magnetachsen (19a, 19b, 10c, 19d, 19e, 19f, 19g, 19h) der Dauermagnete (10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h) zusammen, eine Magnetisierungsachse (20) schneidet jedoch jeweils eine Magnetachse (19a, 19b, 10c, 19d, 19e, 19f, 19g, 19h) innerhalb des entsprechenden Dauermagnetes (10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h). Zur besseren Übersicht sind in 3 nur die Magnetachsen (19a, 19b) der Dauermagnete (10a, 10b) eingezeichnet, da die Magnetachsen (19c, 19d, 19e, 19e, 19f, 19g, 19h) der anderen Dauermagnete (10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h) analog verlaufen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Vorrichtung
- 10a, 10b, 10c, 10d
- Dauermagnete
- 10e, 10f, 10g, 10h
-
- 11
- Beschichtung
- 12
- Magnettaschen
- 13
- Rotor
- 13a
- Mantelfläche des Rotors
- 14
- Stator
- 15
- Statorspulen
- 16
- Radialfeldspulen
- 17
- Magnetisierungskopf
- 18
- Luftspalt
- 19a, 19b, 19c, 19d
- Magnetachsen der Dauermagneten
- 19e, 19f, 19g, 19h
-
- 20
- Magnetisierungsachsen der Spulen
- 21a, 21b, 21c, 21d
- Pole
- 22a, 22b, 22c, 22d
- Magnetachsen der Pole
