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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Speichenrotors für eine elektrische Maschine, also eines Rotors mit speichenförmig angeordneten Magneten.
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Speichenrotoren für elektrische Maschinen weisen üblicherweise einen Kern und mehrere Permanentmagnete auf, die speichenartig in dem Kern angeordnet sind. Die Permanentmagnete sind typischerweise in tangentialer Richtung abwechselnd entgegengesetzt polarisiert, so dass sich in Umfangsrichtung des Speichenrotors immer ein magnetischer Nordpol mit einem magnetischen Südpol abwechselt. Tangential zwischen den Permanentmagneten sammelt der Kern den Magnetfluss und führt ihn radial nach außen zur äußeren Mantelfläche des Kerns, welcher üblicherweise als Blechpaket ausgebildet ist. Um den maximalen Anteil des magnetischen Flusses in den Luftspalt der elektrischen Maschine zu führen, soll magnetischer Streufluss über Verbindungsbrücken der einzelnen Pole minimiert werden.
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Bei der Herstellung solcher Speichenrotoren werden die Permanentmagnete in magnetisiertem Zustand an dem Kern montiert. Dabei ist es nachteilig, dass die Permanentmagnete relativ zu dem Kern bewegt werden müssen. Da sich die Permanentmagnete und der Kern anziehen, entstehen nennenswerte Reibkräfte. Insbesondere, wenn der Kern aus gestapelten, gestanzten Blechen gebildet ist, ist dessen Oberfläche besonders rau ausgebildet. Die Permanentmagnete benötigen, insbesondere wenn es sich um gesinterte Permanentmagnete handelt, meist eine Korrosionsschutzbeschichtung, welche durch die Reibkräfte beschädigt werden kann. Solche Permanentmagnete mit beschädigter Korrosionsschutzschicht weisen eine reduzierte Lebensdauer auf.
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In der
DE 10 2011 115 454 A1 wird ein Verfahren zum Herstellen eines Speichenrotors vorgeschlagen, bei welchem ein unmagnetisiertes, hartmagnetisches Material mit einem Segment des Kerns verbunden und erst nach dem Verbinden magnetisiert wird. Zwar kann auf diese Weise eine Beschädigung des Korrosionsschutzes an den Permanentmagneten und Streufluss verhindert werden. Allerdings ist das darauffolgende präzise Zusammenfügen der stark magnetischen und toleranzbehafteten Einzelsegmente zu einem Rotor mit hohem Aufwand verbunden.
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Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, die Herstellung eines Speichenrotors mit hoher Lebensdauer, minimalem Streufluss und bei möglichst einfacher Produktionstechnologie zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Speichenrotors für eine elektrische Maschine, wobei ein um eine Rotationsachse angeordneter hohlzylindrischer Kern bereitgestellt wird, der eine innere Mantelfläche aufweist, an der mehrere Ausnehmungen zur Aufnahme jeweils eines Permanentmagnets angeordnet sind, und wobei mehrere Permanentmagnete jeweils einzeln durch eine Bewegung entlang einer senkrecht zu der Rotationsachse angeordneten, radialen Richtung in eine Ausnehmung in dem hohlzylindrischen Kern eingebracht werden.
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Erfindungsgemäß werden die Permanentmagnete in radialer Richtung bewegt und dabei in die Ausnehmungen an der inneren Mantelfläche des Kerns eingebracht. Zwar können sich der Kern und die Permanentmagnete beim Einbringen anziehen, so dass Reibung zwischen der Oberfläche der Permanentmagnete und dem Kern auftritt. Jedoch entspricht der Weg des Permanentmagneten, während dem Reibung auftritt, der Ausdehnung des Permanentmagneten in radialer Richtung und die Bewegungsrichtung verläuft parallel zu den üblicherweise geschichteten Einzelblechen. Hierdurch tritt Reibung nur während des vergleichsweise kurzen Einbringens der Permanentmagnete in radialer Richtung auf, wodurch Beschädigungen der Schutzschicht der Permanentmagneten reduziert und deren Lebensdauer erhöht wird.
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Bevorzugt ist der hohlzylindrische Kern als Blechpaket ausgebildet. Das Blechpaket kann eine Mehrzahl gestapelter Bleche aufweisen. Die Bleche des Blechpakets können einen in Wesentlichen ringförmigen Querschnitt haben, d.h. dass das Material des Blechs in Umfangsrichtung des hohlzylindrischen Kerns einen vollständigen Umlauf ermöglicht. Derartige Belche bieten eine hohe mechanische Festigkeit, ermöglichen aber einen Kreisschluss des magnetischen Flusses im Blechmaterial, der dann nicht zur Drehmomentbildung durch die elektrische Maschine beitragen kann. Alternativ können die Bleche segmentiert sein, wobei die Bleche bevorzugt als Ringsegmente ausgebildet sind. Durch derartige Bleche wird ein unerwünschter Kreisschluss des magnetischen Flusses im Blech verhindert, der Kern kann sich jedoch recht leicht mechanisch verziehen. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der hohlzylindrische Kern als Blechpaket ausgebildet ist, welches sowohl Bleche mit im Wesentlichen ringförmigen Querschnitt und als Ringsegmente ausgestaltete Bleche aufweist. Durch eine derartige Mischung unterschiedlicher Bleche kann ein hohlzylindrischer Kern mit hoher mechanischer Festigkeit und ausreichender Effizienz bereitgestellt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Permanentmagnete vor dem Einbringen der Permanentmagnete in die Ausnehmungen gebildet werden, wobei zur Bildung der Permanentmagnete, insbesondere quaderförmige, hartmagnetische Blöcke bereitgestellt werden, die magnetisiert werden. Das Magnetisieren der hartmagnetischen Blöcke kann in ihrem unverbundenen Zustand mit einer höheren Präzision erfolgen als dies in einem mit dem Kern verbundenen Zustand der Fall wäre.
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In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn das Bilden der Permanentmagnete einzeln nacheinander erfolgt, wobei zwei aufeinanderfolgende Permanentmagnete jeweils entgegengesetzte Magnetisierungen aufweisen. Die derart gebildeten Permanentmagnete können dann über eine Einbringeinrichtung nacheinander in benachbarte Ausnehmungen in den Kern eingebracht werden, so dass eine Anordnung der Permanentmagnete in dem Kern erhalten wird, bei welcher die benachbarte Permanentmagnete in tangentialer Richtung magnetisiert sind und sich die Magnetisierungen benachbarter Permanentmagnete in tangentialer Richtung abwechseln. Bei einer solchen Anordnung wechselt sich in Umfangsrichtung des Kerns ein magnetischer Südpol mit einem magnetischen Nordpol ab.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Permanentmagnete eine Höhe und eine Länge aufweisen und das Verhältnis der Höhe zu der Länge kleiner oder gleich 0,1, bevorzugt kleiner oder gleich 0,07, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 0,05, ist. Als Höhe der Permanentmagnete wird hierbei die Ausdehnung der Permanentmagnete entlang ihrer Magnetisierungsrichtung bezeichnet, also der Richtung die in einem in den Kern eingebrachten Zustand in tangentialer Richtung bzw. Umfangsrichtung angeordnet ist. Insofern sind die Permanentmagnete als Quadermagnete ausgebildet bei denen die Magnetisierungsrichtung senkrecht zu den gegenüberliegenden größten Flächen verläuft. Oder anders ausgedrückt: die Pole liegen auf den größten Flächen. Unter der Länge der Permanentmagnete wird die Ausdehnung der Permanentmagnete verstanden, die in einem in den Kern eingebrachten Zustand in axialer Richtung des hohlzylindrischen Kerns verläuft.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Permanentmagnete beim Einbringen in die Ausnehmung durch eine Führung in der radialen Richtung geführt und durch einen Stempel in die Ausnehmung gedrückt werden. Die Führung kann die Permanentmagnete mechanisch stabilisieren und einem unerwünschten Auseinanderbrechen aufgrund magnetischer Anziehungskräfte entgegenwirken. Dabei kann der jeweilige Permanentmagnet durch den Stempel in die jeweilige Ausnehmung gedrückt werden. Die Führung ist bevorzugt auf die Ausnehmung ausgerichtet, beispielsweise derart, dass eine Führungsflächen der Führung fluchtend mit einer oder mehreren Innenwandungen der Ausnehmung angeordnet sind. Die Führung kann beispielsweise zwei Pressbacken aufweisen, welche den Permanentmagnet fluchtend zu der jeweiligen Ausnehmung halten, während der Stempel den Permanentmagnet in die Ausnehmung drückt. Besonders bevorzugt ist ein Pressdruck, den die Pressbacken auf den Permanentmagneten bewirken, einstellbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Permanentmagnete mittels einer Einbringeinrichtung in die Ausnehmungen eingebracht werden und nach dem Einbringen eines ersten Permanentmagnets in eine erste Ausnehmung der Kern gegenüber der Einbringeinrichtung gedreht wird oder die Einbringeinrichtung gegenüber dem Kern gedreht wird bevor ein zweiter Permanentmagnet in eine zweite Ausnehmung eingebracht wird. Durch das relative Verdrehen von Einbringeinrichtung und Kern können mehrere Ausnehmungen des Kerns effizient nacheinander mit Permanentmagneten bestückt werden. Der Kern wird bevorzugt durch eine Halteeinrichtung gehalten, die gegenüber der Einbringeinrichtung relativ drehbar sein kann.
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Bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei welcher zunächst in sämtliche Ausnehmungen des hohlzylindrischen Kerns Permanentmagneten eingebracht werden und dann mittels eines Sensors, insbesondere mittels eines Hall-Sensors, das Magnetfeld unmittelbar an der inneren Mantelfläche abgetastet wird, um fehlerhafte Permanentmagnete oder Pollagen zu detektieren. Zum Abtasten kann der Sensor in den hohlzylindrischen Kern eingeführt werden. Der Kern kann gegenüber dem Sensor gedreht werden oder der Sensor kann gegenüber dem Kern gedreht werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein Rotorträger mit dem hohlzylindrischen Kern derart verbunden wird, dass eine äußere Mantelfläche des Rotorträgers in Anlage mit der inneren Mantelfläche des hohlzylindrischen Kerns kommt. Das Verbinden des Kerns mit dem Rotorträger erfolgt bevorzugt nachdem die Permanentmagnete in die Ausnehmungen in dem Kern eingebracht worden sind. Durch die Verbindung mit dem Rotorträger können die Ausnehmungen an der inneren Mantelfläche des Kerns geschlossen werden, so dass die in den Ausnehmungen aufgenommenen Permanentmagnete gegen unerwünschtes Herausrutschen aus den Ausnehmungen gesichert sind.
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In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn vor dem Verbinden des Rotorträgers mit dem hohlzylindrischen Kern auf die äußere Mantelfläche des Rotorträgers ein Klebstoff aufgebracht wird, der beim Verbinden des Rotorträgers mit dem hohlzylindrischen Kern in die Ausnehmungen in dem hohlzylindrischen Kern eindringt und die Permanentmagnete fixiert. Durch den Klebstoff kann die Gefahr eines Verrutschens der Permanentmagnete innerhalb der Ausnehmungen verringert werden.
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Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner eine Vorrichtung zum Herstellen eines Speichenrotors für eine elektrische Maschine vorgeschlagen, umfassend eine Halteeinrichtung zum Halten eines um eine Rotationsachse angeordneten hohlzylindrischen Kerns, der eine innere Mantelfläche aufweist, an der mehrere Ausnehmungen zur Aufnahme jeweils eines Permanentmagnets angeordnet sind, und eine Einbringeinrichtung zum Einbringen der Permanentmagnete mittels einer Bewegung entlang einer senkrecht zu der Rotationsachse angeordneten, radialen Richtung in die Ausnehmungen in dem hohlzylindrischen Kern.
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Durch die Vorrichtung können dieselben Vorteile erreicht werden, wie sie bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben worden sind.
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Die Halteeinrichtung weist bevorzugt mehrere Segmentschalen, insbesondere zwei Halbschalen, auf. Die Segmentschalen können eine Anlagefläche aufweisen, die an die äußere Mantelfläche des hohlzylindrischen Kerns angepasst ist und beim Halten des Kerns an dieser anliegt. Die Halteeinrichtung ist bevorzugt aus einem nicht ferromagnetischen Material, beispielsweise einem Kunststoff, insbesondere Hartkunststoff, ausgebildet, so dass eine magnetische Wechselwirkung mit dem Kern bzw. den Permanentmagneten nicht zu befürchten ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Magnetisiereinrichtung zur Bildung der Permanentmagnete aufweist, die eingerichtet ist, insbesondere quaderförmige, hartmagnetische Blöcke zu magnetisieren. Die Magnetisiereinrichtung kann eine Magnetzuführung aufweisen, über welche die hartmagnetischen Blöcke einer Portioniervorrichtung der Magnetisereinrichtung zuführbar sind. Über die Portioniervorrichtung können die Blöcke einzeln in ein Magnetisierwerkzeug der Magnetisiereinrichtung verbracht werden. Das Magnetisierwerkzeug umfasst bevorzugt einen Elektromagneten, dessen Magnetfeld einstellbar ist.
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Die Einbringeinrichtung kann die Permanentmagnete von der Magnetisiereinrichtung in die jeweilige Ausnehmung in dem Kern fördern.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Hierin zeigt:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines Speichenrotors in einer teilweise geschnittenen, perspektivischen Darstellung;
- 2 eine schematische Schnittdarstellung durch den Kern des Speichenrotors nach 1 entlang einer ersten Schnittebene;
- 3 eine schematische Schnittdarstellung durch den Kern des Speichenrotors nach 1 entlang einer zweiten Schnittebene;
- 4 eine Vorrichtung zum Herstellen eines Speichenrotors in einer schematischen Darstellung;
- 5 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Halteeinrichtung zum Halten eines Kerns beim Herstellen eines Speichenrotors in einer perspektivischen Schnittdarstellung;
- 6 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Halteeinrichtung zum Halten eines Kerns beim Herstellen eines Speichenrotors in einer perspektivischen Schnittdarstellung;
- 7 ein Ausführungsbeispiel einer Magnetisiereinrichtung in einer schematischen Darstellung;
- 8 ein Ausführungsbeispiel einer Einbringeinrichtung in einer Schnittdarstellung;
- 9 die Einbringeinrichtung nach 8 in einer perspektivischen Darstellung;
- 10 eine Variante der Einbringeinrichtung nach 8 in einer Schnittdarstellung;
- 11 und 12 Darstellungen einer Einbringeinrichtung mit einem Permanentmagnet zur Veranschaulichung der Vorgänge beim Einbringen des Permanentmagnets in eine Ausnehmung;
- 13 eine Vereinigungsvorrichtung zur Vereinigung des Kerns mit einem Rotorträger in einer perspektivischen Schnittdarstellung;
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In der 1 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Speichenrotors 1 gezeigt, der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde. Der Speichenrotor 1 kann in einer elektrischen Maschine, beispielsweise einem Generator oder einem Elektromotor, als permanenterregter Rotor eingesetzt werden.
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Der Speichenrotor 1 umfasst einen hohlzylindrischen Kern 2, der um eine Rotationsachse A angeordnet ist. Der Kern ist als Blechpaket ausgebildet. Der Kern 3 weist einen im Wesentlichen ringförmigen Querschnitt auf. An der inneren Mantelfläche 4 des Kerns sind mehrere Ausnehmungen 6 vorgesehen, in welchen jeweils ein Permanentmagnet 3 angeordnet ist. Die Permanentmagnete 3 sind quaderförmig ausgebildet und weisen eine Länge L auf, die im Wesentlichen der Höhe des hohlzylindrischen Kerns entspricht. Die Permanentmagnete weisen ferner eine Höhe H auf. Das Verhältnis der Höhe H zu der Länge L ist kleiner oder gleich 0,1, bevorzugt kleiner oder gleich 0,07, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 0,05. Die Höhe H entspricht dabei der Ausdehnung der Permanentmagnete 3 in der Richtung, in welcher die Permanentmagnete magnetisiert sind, d.h. der Richtung ihrer Magnetisierungsachse. In dem Kern 2 sind die Permanentmagnete 3 derart angeordnet, dass ihre Magnetisierung in tangentialer Richtung ausgerichtet ist. Zudem sind die Permanentmagnete 3 derart angeordnet, dass die abwechselnd entgegengesetzt polarisiert sind, so dass sich in Umfangsrichtung des Speichenrotors immer ein magnetischer Nordpol mit einem magnetischen Südpol abwechselt. Tangential zwischen den Permanentmagneten 3 sammelt der Kern 2 den Magnetfluss und führt ihn radial nach außen zur äußeren Mantelfläche 5 des Kerns 3.
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An der inneren Mantelfläche 4 des Kerns 2 liegt ein Rotorträger 7 an, welcher den Kern 2 und die Permanentmagnete 3 trägt. Der Rotorträger 7 umfasst einen Anschlag 8 mit ringförmigem Querschnitt, an welchem der Kern 2 anliegt. Der Kern 2 und der Rotorträger 7 sind miteinander verbunden, insbesondere mittels einer Klebeverbindung.
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Der Aufbau des Kerns 2 soll nachfolgend anhand der Darstellungen in 2 und 3 erläutert werden. Die Darstellung in 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch den Kern 2 nach 1 entlang einer ersten Schnittebene. In dieser Schnittebene weist der Kern 2 als Ringsegmente 9 ausgebildete Bleche auf. Zwischen den einzelnen Ringsegmenten 9 ist jeweils ein Luftspalt 10 angeordnet, der zum einen eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Permanentmagnets 3 bildet und zum anderen einen unerwünschten Schluss des magnetischen Flusses innerhalb des Kerns 2 in der gezeigten Schnittebene verhindert. 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch den Kern 2 entlang einer zweiten Schnittebene. In der zweiten Schnittebenen sind ringförmige Bleche 12 vorgesehen, die einen im Wesentlichen ringförmigen Querschnitt mit Ausnehmungen 6 aufweisen. Die Ausnehmungen 6 sind jeweils durch einen Steg 11 begrenzt, der dem magnetischen Fluss innerhalb des Materials des Blechs in Umfangsrichtung des hohlzylindrischen Kerns 2 einen vollständigen Umlauf ermöglicht. Die einzelnen Bleche des Kerns 2 sind in axialer Richtung elektrisch gegeneinander isoliert. In den Blechen des Kerns 2 sind ferner Löcher 13 vorgesehen, die nicht ausgefüllt werden. Diese dienen der Gewichtsreduktion und können im Rahmen der Fertigung zur Aufnahme von Werkzeugen genutzt werden. Der Kern wird in hybrider Bauweise gefertigt, um die Vorteile eines segmentierten Aufbaus (2) mit denen eines Vollschnitts (3) zu vereinen. Dabei sind in regelmäßigen Abständen Vollschnitte in dem Kern vorhanden und der magnetische Kurzschlusspfad wird in Kauf genommen, vgl. 1.
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Zur Herstellung des Speichenrotors 1 kann ein Verfahren verwendet werden, dass im Folgenden näher erläutert werden soll. Die Fig, 4 zeigt den schematischen Ablauf eines solchen Verfahrens zum Herstellen eines Speichenrotors 1 für eine elektrische Maschine. Bei diesem Verfahren wird in einem Bereitstellungsschritt 101 ein um eine Rotationsachse A angeordneter hohlzylindrischer Kern 2 bereitgestellt, der eine innere Mantelfläche 4 aufweist, an der mehrere Ausnehmungen 6 zur Aufnahme jeweils eines Permanentmagnets 3 angeordnet sind. Die Permanentmagnete 3 werden in einem Einbringungsschritt 102 jeweils einzeln durch eine Bewegung entlang einer senkrecht zu der Rotationsachse A angeordneten, radialen Richtung R in eine Ausnehmung 6 in dem hohlzylindrischen Kern 2 eingebracht, vgl. 1. Optional kann in einem Prüfungsschritt 103 mittels eines Sensors, insbesondere mittels eines Hall-Sensors, die innere Mantelfläche 4 des Kerns 2 abgetastet werden, um fehlerhafte Permanentmagnete 3 oder Polungen zu detektieren. In einem Verbindungsschritt 104 wird dann der Rotorträger 7 mit dem hohlzylindrischen Kern 2 derart verbunden, dass eine äußere Mantelfläche des Rotorträgers 7 in Anlage mit der inneren Mantelfläche 4 des hohlzylindrischen Kerns 3 kommt.
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Eine entsprechende Vorrichtung zum Herstellen eines solchen Speichenrotors 1 für eine elektrische Maschine weist eine Halteeinrichtung 20 zum Halten des um eine Rotationsachse angeordneten hohlzylindrischen Kerns 2 auf. Die 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer solchen Halteeinrichtung 20 zum Halten des hohlzylindrischen Kerns 2 in einer perspektivischen Schnittdarstellung. Die Halteeinrichtung 20 justiert den Ring, stabilisiert ihn und ist bevorzugt drehbar. Ferner kann der Kern 2 in der Halteeinrichtung 20 verbleiben, während er zu verschiedenen Stationen der Vorrichtung zum Herstellen des Speichenrotors 1 gefördert wird. Die Haltevorrichtung 20 ist bevorzugt aus einem nicht-ferromagnetischen Werkstoff gebildet, beispielsweise einem Hartkunststoff. Diese Halteeinrichtung 20 umfasst zwei als Halbschalen ausgebildete Segmentschalen 21, von denen in Fig, 5 nur eine dargestellt ist. Diese Segmentschalen nehmen den Kern 2 an seinem Außendurchmesser formgenau auf und halten ihn radial. An der Unterseite der Segmentschalten befindet sich ein Anschlag 22 mit einer Anlagefläche, auf dem der Kern 2 axial zum Ruhen kommt. Um den Kern 2 aufzunehmen, werden die Segmentschalen 21 aufeinander zu bewegt, so dass der Kern 2 fest umschlossen ist.
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Wie in 6 gezeigt, kann der Kern über Pressblöcke 23 in axialer Richtung mit einer Kraft F1 beaufschlagt werden. Auf diese Weise ist es möglich, die einzelnen Bleche des Kerns in axialer Richtung zusammenzupressen, so dass der Kern 2 stabil gehalten und von allen Seiten außer von der inneren Mantelfläche 4 aus festgeklemmt ist. Die Ausnehmungen 6 bleiben zugänglich, eine Höhentoleranz des Blechpakets wird ausgeglichen.
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Die Permanentmagnete 3 werden vor dem Einbringen in die Ausnehmungen 6 gebildet, indem quaderförmige, hartmagnetische Blöcke 3` bereitgestellt werden, die mittels einer in 7 gezeigten Magnetisiereinrichtung 30 magnetisiert werden. Die Magnetisiereinrichtung 30 weist eine Magnetzuführung 31 auf, die nach Art eines Zuführschlauchs ausgebildet ist. Über die Magnetzuführung 31 werden die hartmagnetischen Blöcke 3' einer Portioniervorrichtung 32 zugeführt. Die Portioniervorrichtung 32 ermöglicht ein vereinzeltes Einbringen der Blöcke 3' in ein Magnetisierwerkzeug 33 der Magnetisiereinrichtung 30. In dem Magnetisierwerkzeug 33 erfolgt das Bilden der Permanentmagnete 3 einzeln nacheinander, wobei zwei aufeinanderfolgende Permanentmagnete 3 jeweils entgegengesetzte Magnetisierungen aufweisen. Der magnetisierte Permanentmagnete 3 wird aus dem Magnetisierwerkzeug 33 fallen gelassen und von zwei nicht-magnetischen Haltebacken 41 einer Einbringeinrichtung 40 aufgenommen und festgespannt.
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Die Einbringeinrichtung 40 ist dazu ausgestaltet, die Permanentmagnete 3 mittels einer Bewegung entlang einer senkrecht zu der Rotationsachse A angeordneten, radialen Richtung R in die Ausnehmungen 6 in dem hohlzylindrischen Kern 2 einzubringen. Die Haltebacken 41 sind Teil einer Führung der Einbringeinrichtung 40, welche die Permanentmagnete 3 beim Einbringen in die Ausnehmungen 6 mechanisch stabilisiert und einem unerwünschten Auseinanderbrechen aufgrund magnetischer Anziehungskräfte entgegenwirkt, vgl. 8-12. Zum Einbringen der Permanentmagnete 3 fahren die Haltebacken 41 mit dem Permanentmagnet 3 an die Ausnehmung 6 in dem Kern 2. Die Haltebacken 41 werden geringfügig entspannt und der Permanentmagnet 3 mit einem Stempel 42 geführt durch die Haltebacken 41 in die Ausnehmung 6 gedrückt, vgl. 11 und 12.
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Wie in 10 gezeigt, kann der Stempel 41 über einen drehbar gelagerten Hebel 43 bewegbar sein, auf welchen eine Kraft F2 bewirkt wird.
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Nach dem Einbringen eines ersten Permanentmagnets 3 in den Kern 2 wird der Kern 2 gegenüber der Einbringeinrichtung 40 gedreht bevor ein zweiter Permanentmagnet 3 in eine zweite Ausnehmung 6 des Kerns 2 eingebracht wird.
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Nach dem sämtliche Ausnehmungen 6 des Kerns 2 mit Permanentmagneten 3 bestückt sind, wird die Halteeinrichtung 20 mit dem Kern 2 zu einer weiteren Station der Vorrichtung verbracht, in welcher die Verbindung mit dem Rotorträger 7 hergestellt wird.
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Vor dem Verbinden mit dem Rotorträger 7 kann eine Sonde mit einem Hall-Sensor in den Innendurchmesser geführt und die Halteeinrichtung 20 mit dem bestückten Kern 2 gedreht werden. Das Signal wird mit einem Sollsignal verglichen, um fehlerhafte Polungen oder nicht korrekt magnetisierte Permanentmagnete 3 frühzeitig zu erkennen und ggf. auszutauschen.
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Die 13 zeigt einen Dorn 50 auf dem ein Rotorträger 7 aufgenommen ist. Mittels des Dorns 50 wird der Rotorträger 7 mit dem hohlzylindrischen 2 Kern derart verbunden, dass eine äußere Mantelfläche des Rotorträgers 7 in Anlage mit der inneren Mantelfläche 4 des hohlzylindrischen Kerns 2 kommt. Der auf dem Dorn 50 aufgenommene Rotorträger 7 ist in einem umlaufenden Bereich mit Klebstoff 14 versehen. Die Halteeinrichtung 20 mit dem bestückten Kern 2 kommt genau konzentrisch unter dem Rotorträger 7 zum stehen. Der Rotorträger wird von oben in den Innenraum des Kerns 2 eingeführt bzw. eingepresst. Der Klebstoff 14 verstreicht sich und wird in alle Spalte verdrängt. Dabei haftet er auch an den Permanentmagneten 3 und sichert diese gegen ein weiteres Verschieben. Der Rotorträger 7 stellt somit maßgeblich die spätere Rundheit des Gebildes sicher.
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Schließlich wird die Halteeinrichtung 20 gelöst. Der Dorn 50 zieht den fertigen Speichenrotor 1 nach oben und führt ihn an eine Ausgabe. Je nach Aushärtezeit des Klebstoffs kann noch auf diesem Dorn 50 ein Wuchtprozess erfolgen.
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Die vorstehend beschriebene Vorrichtung zum Herstellen eines Speichenrotors 1 für eine elektrische Maschine, umfasst eine Halteeinrichtung 20 zum Halten eines um eine Rotationsachse A angeordneten hohlzylindrischen Kerns 2, der eine innere Mantelfläche 4 aufweist, an der mehrere Ausnehmungen 6 zur Aufnahme jeweils eines Permanentmagnets 3 angeordnet sind, und eine Einbringeinrichtung 40 zum Einbringen der Permanentmagnete 3 mittels einer Bewegung entlang einer senkrecht zu der Rotationsachse A angeordneten, radialen Richtung R in die Ausnehmungen in dem hohlzylindrischen Kern 2.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Speichenrotor
- 2
- hohlzylindrischer Kern
- 3
- Permanentmagnet
- 4
- innere Mantelfläche
- 5
- äußere Mantelfläche
- 6
- Ausnehmung
- 7
- Rotorträger
- 8
- Anschlag
- 9
- Ringsegment
- 10
- Luftspalt
- 11
- Steg
- 12
- ringförmiges Blech
- 13
- Loch
- 14
- Klebstoff
- 20
- Halteeinrichtung
- 21
- Segmentschale
- 22
- Anschlag
- 23
- Pressblock
- 30
- Magnetisiereinrichtung
- 31
- Magnetzuführung
- 32
- Portioniervorrichtung
- 33
- Magnetisierwerkzeug
- 40
- Einbringeinrichtung
- 41
- Haltebacken
- 42
- Stempel
- 43
- Hebel
- 50
- Dorn
- 101
- Bereitstellungsschritt
- 102
- Einbringungsschritt
- 103
- Prüfungsschritt
- 104
- Verbindungsschritt
- A
- Rotationsachse
- F1, F2
- Kraft
- H
- Höhe des Kerns
- L
- Länge des Kerns
- R
- radiale Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011115454 A1 [0004]
