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Die Erfindung betrifft einen Permanentmagnetrotor (1), mit einer Welle (10), einem auf der Welle befestigten magnetisch leitenden Magnetkern, welcher Aussparungen (3) zur in radialer Richtung formschlüssigen Aufnahme von Permanentmagneten (4) aufweisen, in welchen die Permanentmagnete (4) mittels Federmitteln (5) formschlüssig und spielfrei in radialer und in axialer Richtung gehalten sind und die Federmittel (5) gegen axiale Verschiebung formschlüssig gesichert sind.
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Aus der WO 2016/ 177 968 A1 ist ein Permanentmagnetrotor bekannt, bei welchem Permanentmagnete in Aussparungen innerhalb eines Rotorkörpers aufgenommen sind. Dabei dienen gefaltete Blechfedern dazu die Permanentmagnete form- und kraftschlüssig zu halten. Abgebogene Blechzungen der Blechfedern halten einerseits die Magnete und andererseits die Blechfedern im Rotorkörper. Dabei sind die Blechzungen in entgegengesetzte Richtungen gebogen. Die Biegeradien sind klein, so dass die Federwirkung begrenzt ist. Weiter lässt sich eine Baugruppe aus Permanentmagnet und Blechfeder nur schwierig montieren. Um die Luftspalte zwischen Permanentmagnet und Rotorkörper klein zu halten, müssten die Blechlaschen nach der Montage in die Aussparung gebogen werden.
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Die
DE 10 2010 039 334 A1 offenbart einen Rotor, der konzentrisch um eine Drehachse angeordnet ist und eine Drehwelle aufweist, die um die Drehachse drehbar ist, eine Aussparung, in der ein Dauermagnet, der speichenartig im Rotor angeordnet ist und sich in axialer Richtung des Rotors erstreckt, angeordnet ist. Zudem weist der Rotor ein erstes Ende und ein zweites Ende auf und ist mittels zweier Axialfixierungsmittel, die jeweils am ersten Ende und am zweiten Ende des Dauermagneten angeordnet sind, axial fixierbar. Als Fixierungsmittel sind hier mehrere Federn vorgesehen.
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Aus der
DE 103 18 636 A1 ist ein Rotor für eine Wechselstromlichtmaschine für Fahrzeuge und insbesondere auf die Halterung und Befestigung von zwischen klauenförmigen Magnetpolen eines Rotors vom Randall-Typ angeordneten Permanentmagneten bekannt. Der Halter umfasst einen Permanentmagneten in Längsrichtung mit einem schleifenförmigen Streifen, dessen Längsende mit dem anderen Ende verbunden sind. Der Halter besitzt an einer längsseitigen Endfläche einen Vorsprung, der an einem Ender der Spule zum Anschlag kommen kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher bei einem gattungsgemäßen Permanentmagnetrotor dafür zu sorgen, dass die Permanentmagnete auf einfache Weise montiert werden können, wobei die Permanentmagnete sicher und spielfrei gehalten sind.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Da zumindest ein Federmittel mittels einer innerhalb der Aussparung angeordneten Schnappverbindung gehalten ist, ist diese Verbindung gegenüber äußeren Einflüssen, z. B. bei der Handhabung der Permanentmagnetrotoren, geschützt. Die formschlüssige Verbindung kann hergestellt werden ohne zusätzliche Biegearbeitsgänge. Die Permanentmagnete dienen als Niederhalter für das Federmittel. Vorzugsweise ist die Schnappverbindung in einem zentralen Bereich der Aussparung angeordnet. Bei einer ersten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Magnetkern ein Blechpaket (2) ist und die Schnappverbindung (6) aus einem radialen Vorsprung (12) des Blechpakets (2) innerhalb der Aussparung (3) und einer Ausnehmung (13) im Federmittel (5) besteht. Eine Alternative zum Blechpaket (2) wäre ein aus Magnetpulver gepresster Rotorkörper. Hierbei wäre es jedoch kaum möglich radiale Vorsprünge herzustellen. Bei Verwendung eines Blechpakets ist es jedoch relativ einfach zwei Blechschnitte miteinander zu kombinieren, wobei ein Blechschnitt den Vorsprung innerhalb der Aussparung aufweist. Es ist weiter sehr einfach das Federmittel mit einer Aussparung herzustellen, z. B. durch Ausstanzen. Hierbei sind sehr genaue Konturen für die Vorsprünge herstellbar.
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Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen dargestellt.
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Bei einer zweiten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Magnetkern ein Blechpaket (2) ist und die Schnappverbindung (6) aus einem radialen Rücksprung des Blechpakets (2) innerhalb der Aussparung (3) und einem Vorsprung im Federmittel (5) besteht. Hierbei sind die Aussparungen ebenso einfach herzustellen, wie bei der ersten Ausführungsform, mit den gleichen Vorteilen auch hinsichtlich der Genauigkeit. Durch einen Tiefziehvorgang oder durch Abbiegen einer freigestanzten Blechzunge kann der Vorsprung dargestellt werden.
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Die Erfindung erlaubt eine symmetrische Ausbildung der Schnappverbindung zwischen dem Federmittel und dem Blechpaket. Dadurch ist das Federmittel von beiden axialen Richtungen aus montierbar.
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Weiter ist das Federmittel in beiden axialen Richtungen formschlüssig und mit der gleichen Qualität gesichert.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Federmittel (5) axial federnde S-förmige Halteschenkel (8) aufweist, die mittels eines radial federnden S-förmigen Zentralabschnitts (9) miteinander einstückig sind und die Breite eines ersten Halteschenkels (8) kleiner oder gleich der Breite einer zugeordneten Aussparung (3) des Blechpakets (2) ist. Auf diese Weise ist eine hohe Elastizität des Federmittels sowohl in axialer als auch in radialer Richtung gegeben. Die Breite des Halteschenkels ist an die Breite der Aussparung im Blechpaket angepasst um die Montage zu ermöglichen.
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Bei einem gegenüber dem ersten Halteschenkel angeordneten zweiten Halteschenkel kann dessen Breite durch seitliche Erweiterungen größer sein als die Breite der Aussparung. Dadurch ließe sich ein mögliches Spiel der Schnappverbindung bei Bedarf eliminieren. Zudem ist damit sichergestellt, dass der Permanentmagnet mit dem ersten Blech des Blechpakets abschließt.
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In einer Weiterbildung der Erfindung sind am Zentralabschnitt (9) Positionierungsmittel (14) in Form von abgewinkelten Verbreiterungen vorgesehen. Diese dienen dazu den Permanentmagneten auch lateral in eine Vorzugsstellung an einer Seite der Aussparung zu bringen. Dies ist insbesondere bei einer Vielzahl auszurichtender Permanentmagnete wichtig, weil eine ungeordnete Anordnung im Betrieb zu unvorhersehbaren Geräuschentwicklungen führen könnte. Aus diesem Grund sind bei mehreren Permanentmagneten die Positionierungsmittel jeweils auf der gleichen Seite der Federmittel angeordnet.
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Bei Einsatz mehrerer Federmitteln an einem Permanentmagnetrotor kann es zweckmäßig sein mehrere Federmittel untereinander mechanisch zu verbinden oder als einstückige Bauteile herzustellen. Es wird vorgeschlagen die Federmittel über Verbindungsstege zusammenzuhalten, welche konzentrisch um die Welle herum angeordnet sind. Aus fertigungstechnischen Gründen, sind zwei halbkreisförmige Anordnungen von miteinander einstückigen Federmitteln vorgesehen.
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Damit das Blechpaket keine Aussparungen aufweisen muss, ist vorgesehen, dass die Stege axial außerhalb des Blechpakets angeordnet sind. Dadurch verlängert sich das Federmittel entsprechend.
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Weiter ist vorgesehen, dass die Aussparungen (3) asymmetrisch sind, dergestalt, dass periphere Formschlussmittel an einer Seite, an welcher die Permanentmagnete zum Blechpaket einen Spalt ausbilden, schräg unter einem Winkel zwischen 40° und 50°, insbesondere 45° zu einer Seitenfläche eines zugeordneten Permanentmagneten (4) verläuft. Der Winkel kann auch 41°, 42°, 43°, 46°, 47° oder 48° betragen, er soll bewirken dass die Permanentmagnete, die durch die Feder bevorzugt an eine Seite gedrängt werden, keine Kippneigung erfahren, sondern an einer Seite der Aussparung vollflächig anliegen.
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Vorzugsweise sollten die Federmittel als Stanz- und Biegeteil aus einem magnetisch nicht oder nur schwach leitenden Metallmaterial, insbesondere Edelstahl, bestehen. Die Federgeometrie, das Federmaterial und damit die Federkonstante sollten fachmännisch auf die Anforderungen im Betrieb abgestimmt sein, um Vibrationen zu vermeiden. Die Federkraft sollte ausreichend sein um den Einsatz zusätzlicher Dämpfungs- oder Fixierungsmittel zu vermeiden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Schnittansicht A-A durch einen Permanentmagnetrotor,
- 2 eine räumliche Darstellung eines Blechpakets,
- 3 eine lagerichtige räumliche Darstellung mehrerer Federmittel,
- 4 eine lagerichtige räumliche Darstellung mehrerer Permanentmagnete,
- 5 eine Schnittansicht B-B des Permanentmagnetrotors aus einer Axialrichtung,
- 6 eine Stirnansicht des Permanentmagnetrotors aus einer zweiten Richtung,
- 7 eine räumliche Darstellung von gebundenen Federmitteln,
- 8 eine Stirnansicht einer zweiten Ausführungsform des Permanentmagnetrotors,
- 9 eine Schnittansicht C-C durch den Permanentmagnetrotor aus 8 und
- 10 eine Schnittansicht D-D durch den Permanentmagnetrotor aus 8.
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Hinweis: Bezugszeichen mit Index und entsprechende Bezugszeichen ohne Index bezeichnen namensgleiche Einzelheiten in den Zeichnungen und der Zeichnungsbeschreibung. Es handelt sich dabei um die Verwendung in einer anderen Ausführungsform, dem Stand der Technik und/oder die Einzelheit ist eine Variante. Die Ansprüche, die Beschreibungseinleitung, die Bezugszeichenliste und die Zusammenfassung enthalten der Einfachheit halber nur Bezugszeichen ohne Index.
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1 zeigt eine Längs-Schnittansicht A-A (siehe 6) durch einen Permanentmagnetrotor 1, bestehend aus einer Welle 10, einem Blechpaket 2, Permanentmagneten 4, welche in Aussparungen 3 (siehe 2) formschlüssig aufgenommen sind und durch Federmittel 5 formschlüssig in Axialrichtung und kraftschlüssig in Radialrichtung gehalten sind. Die Federmittel 5 weisen axial federnde Halteschenkel 8, welche S-förmig gebogen sind und einen Zentralabschnitt 9 auf, welcher eine doppelte S-Form aufweist. Dabei ist die Schnappverbindung 6 an einem drehachsnahen Umkehrpunkt des Zentralabschnitts angeordnet. Im gezeigten Beispiel sind mehrere Federmittel 5 als Einzelbauteile eingesetzt, welche jeweils einen Permanentmagneten 4 axial zwischen den Halteschenkeln 8 aufnehmen. Die Haltemittel 5 sind axial in Vorsprüngen 12 des Blechpakets 2 in beiden Richtungen gefangen. Ein flacher Anstieg der S-förmig gebogenen Zentralabschnitts 9 der Haltemittel erlaubt dabei ein einfaches axiales Fügen bis sich die Vorsprünge 12 mit Ausnehmungen 13 (siehe 3) der Haltemittel 5 finden. Auch die S-Form der Halteschenkel 8 tragen zu einer einfachen Montage bei.
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2 zeigt eine räumliche Darstellung eines Blechpakets 2, welches auf einer Welle 10 fest montiert ist, wobei die Verbindung kraftschlüssig ist. Das Blechpaket 2 besteht aus zwei unterschiedlichen Blechschnitten, welche sich dadurch unterscheiden, dass zwei Bleche zusätzlich Vorsprünge 12 aufweisen. Weiter sind mehrere Aussparungen 3 gezeigt, welche eine formschlüssige Aufnahme von Permanentmagneten erlaubt. Die Permanentmagnete sind hier radial angeordnet, in Form eines sogenannten I-Rotors. Nach radial außen sind die Aussparungen 3 offen.
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3 zeigt eine lagerichtige räumliche Darstellung mehrerer Federmittel 5, mit Zentralabschnitten 9, Halteschenkeln 8, welche auf einer Seite mit lateralen Erweiterungen 11 ausgebildet sind und Ausnehmungen 13 als Teil einer Schnappverbindung. Die Halteschenkel 8 sind S-förmig gebogen und die Zentralabschnitte 9 sind doppelt S-förmig gebogen. Die Zentralabschnitte 9 weisen laterale Positionierungsmittel 14 auf, welche die Permanentmagnete 4 in eine laterale Vorzugsrichtung drängen. Die S-förmigen Halteschenkel 8 erleichtern durch ihre Form die Montage des zugeordneten Permanentmagneten 4 (siehe 4). Diese werden vor der Montage in die Aussparung mit dem Federmittel 5 gefügt.
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4 zeigt eine lagerichtige räumliche Darstellung mehrerer Permanentmagnete 4; diese sind radial ausgerichtet. Die Permanentmagnete 4 sind an ihren Kanten abgerundet.
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5 zeigt eine Schnittansicht B-B (siehe 1) des Permanentmagnetrotors 1 aus einer Axialrichtung, mit der Welle 10, dem Blechpaket 2, den Permanentmagneten 4 und den Federmitteln 5. Die Permanentmagnete 4 liegen lateral und radial in Aussparungen 3 am Blechpaket 2 an und werden von den Federmitteln 5 in dieser Lage gehalten. Die Bereiche zwischen den Aussparungen 3 bilden die Pole 15, welche über Polstege 16 mit einem Ring 17 einstückig sind. Die Federmittel 5 stützen sich am Ring 17 ab und drücken die Permanentmagnete 4 radial nach außen. Dort sind die Aussparungen 3 offen, aber verengt. Der Ring 17 ist innen über Zähne 18 mit der Welle 10 kraftschlüssig verbunden. Weiter sind in 5 Formschlussmittel 19 dargestellt, welche eine Schräge 20 in Bezug auf eine Seitenfläche 21 des zugeordneten Permanentmagneten 4 aufweisen. Bei den jeweils benachbarten Formschlussmitteln 19 ist diese Schräge 20 nicht vorhanden.
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6 zeigt eine Stirnansicht des Permanentmagnetrotors 1 aus einer zweiten Richtung, mit der Welle 10, dem Blechpaket 2, den Aussparungen 3, den Permanentmagneten 4 und den Federmitteln 5. Die Federmittel 5 umfassen Halteschenkel 8, die hier mit Erweiterungen 11 versehen sind, welche sich am Blechpaket 2 abstützen.
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7 zeigt eine räumliche Darstellung von alternativen gebundenen Federmitteln 5a, mit einem einseitig um die Breite von Verbindungsstegen 7a verlängerten Zentralabschnitt 9b und Halteschenkeln 8a. Alle Verbindungsstege 7a zusammen bilden mit den anschließenden Zentralabschnitten 9b einen geschlossenen Ring. Die Zentralabschnitte 9b sind mit Ausnehmungen 13a und mit lateralen Erweiterungen 11a versehen.
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8 zeigt eine Stirnansicht einer zweiten Ausführungsform des Permanentmagnetrotors 1a, mit einer Welle 10a, einem Blechpaket 2a, Permanentmagnete 4a und einem Federmittel 5a. Das Federmittel 5a weist Halteschenkel 8a auf, welche hier ohne Erweiterungen ausgebildet ist. Verbindungsstege 7a halten mehrere Federmittel 5a einstückig in einer halbringförmigen Anordnung zusammen, wobei zwei halbringförmige Anordnungen vorhanden sind. Das Blechpaket 2a weist Pole 15a und einen zentralen Ring 17a auf. Die Pole 15a sind über Polstege 16a mit dem Ring 17a einstückig. Weiter sind in 8 Formschlussmittel 19a dargestellt, welche eine Schräge 20a in Bezug auf eine Seitenfläche 21a des zugeordneten Permanentmagneten 4a aufweisen. Bei den jeweils benachbarten Formschlussmitteln ist diese Schräge 20a nicht vorhanden.
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9 zeigt eine Längs-Schnittansicht C-C (siehe 8) durch die zweite Ausführungsform des Permanentmagnetrotors 1a mit einem Aussparungen 3a aufweisenden Blechpaket 2a, einer Welle 10a und den alternativen gebundenen Federmitteln 5a, welche über einstückige Verbindungsstege 7a miteinander einstückig sind. Die Federmittel 5a sind um die Verbindungsstege 7a länger als die Federmittel 5 aus 3. Das Blechpaket 2a weist innerhalb der Aussparung 3a Vorsprünge 12a auf, welche Teil einer Schnappverbindung 6a mit dem Federmittel 5a sind. Die Vorsprünge 12a greifen in die Ausnehmungen 13a (siehe 7) des Federmittels 5a. Die S- bzw. doppel-S-förmige Form des Federmittels 5a erleichtert den Fügevorgang erheblich.
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10 eine zweite Längs-Schnittansicht D-D (siehe 8) durch die zweite Ausführungsform des Permanentmagnetrotors 1a, mit der Welle 10a, dem Blechpaket 2a und dem Federmittel 5a. Diese Schnittansicht zeigt eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Blechpaket 2a und der Welle 10a. Hierzu sind die Bleche des Blechpakets 2a abwechselnd zur Welle 10a freigespart und über Zähne 18a mit der Welle 10a kraftschlüssig verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Permanentmagnetrotor
- 2
- Blechpaket
- 3
- Aussparung
- 4
- Permanentmagnet
- 5
- Federmittel
- 6
- Schnappverbindung
- 7
- Verbindungssteg
- 8
- Halteschenkel
- 9
- Zentralabschnitt
- 10
- Welle
- 11
- Erweiterung
- 12
- Vorsprung
- 13
- Ausnehmung
- 14
- Positionierungsmittel
- 15
- Pol
- 16
- Polsteg
- 17
- Ring
- 18
- Zahn
- 19
- Formschlussmittel
- 20
- Schräge
- 21
- Seitenfläche
