DE102021213823B4 - Method for producing a rotor - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines Rotors für einen Elektromotor, wobei der Rotor einen Rotorkörper und eine Vielzahl an Permanentmagneten aufweist, wobei die Permanentmagnete mittels einer Klebeverbindung an Verbindungsflächen des Rotorkörper fixiert werden, und wobei der Rotorkörper und/oder Teile des Rotorkörpers vor einer Fixierung der Permanentmagnete mittels Pyrolyse gereinigt wird/werden.Method for producing a rotor for an electric motor, wherein the rotor has a rotor body and a plurality of permanent magnets, wherein the permanent magnets are fixed to connecting surfaces of the rotor body by means of an adhesive connection, and wherein the rotor body and/or parts of the rotor body are cleaned by means of pyrolysis before fixing the permanent magnets.
Description
ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIKFIELD OF APPLICATION AND STATE OF THE ART
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für einen Elektromotor, wobei der Rotor einen Rotorkörper und eine Vielzahl an Permanentmagneten aufweist, und wobei die Permanentmagnete mittels einer Klebeverbindung an dem Rotorkörper fixiert werden. Die Erfindung betrifft weiter einen Elektromotor mit einem Rotor.The invention relates to a method for producing a rotor for an electric motor, wherein the rotor has a rotor body and a plurality of permanent magnets, and wherein the permanent magnets are fixed to the rotor body by means of an adhesive connection. The invention further relates to an electric motor with a rotor.
Rotoren mit Permanentmagneten für bürstenlose Elektromotoren sind allgemein bekannt. Dabei ist es bekannt, an dem Rotorkörper Ausnehmungen vorzusehen, in welchen die Permanentmagneten aufgenommen sind. Alternativ ist es bekannt, die Permanentmagneten an dem Rotorkörper mittels Schrauben oder Halterungen zu fixieren.Rotors with permanent magnets for brushless electric motors are generally known. It is known to provide recesses on the rotor body in which the permanent magnets are accommodated. Alternatively, it is known to fix the permanent magnets to the rotor body using screws or brackets.
Alternativ oder zusätzlich ist es bekannt, die Permanentmagneten mittels einer Klebeverbindung an dem Rotorkörper anzubringen. Eine ausschließliche Klebeverbindung hat den Vorteil, dass kleinbauende Elektromotoren herstellbar sind. Zudem wird die Gefahr reduziert, dass die Permanentmagnete bei einer Montage beschädigt werden, was insbesondere für Permanentmagnete mit einer Beschichtung für einen Korrosionsschutz, wie beispielsweise Seltenerdmagnete, von Vorteil ist. Auf der anderen Seite muss die Verbindung geeignet sein, um zwischen dem Rotorkörper und dem Permanentmagneten wirkende Radial- und Tangentialkräfte aufzunehmen. Die maximalen Kräfte sind dabei abhängig von einer maximalen Drehzahl und einem maximalen Drehmoment des Elektromotors. Bei einer ausschließlichen Klebeverbindung ist dabei weiter zu berücksichtigen, dass hohe Rotortemperaturen, welche unter anderem aufgrund von Wirbelströmen in dem Permanentmagneten auftreten, eine Klebkraft reduzieren können.Alternatively or additionally, it is known to attach the permanent magnets to the rotor body by means of an adhesive connection. An exclusively adhesive connection has the advantage that small electric motors can be manufactured. In addition, the risk of the permanent magnets being damaged during assembly is reduced, which is particularly advantageous for permanent magnets with a coating for corrosion protection, such as rare earth magnets. On the other hand, the connection must be suitable for absorbing radial and tangential forces acting between the rotor body and the permanent magnet. The maximum forces depend on the maximum speed and maximum torque of the electric motor. With an exclusively adhesive connection, it must also be taken into account that high rotor temperatures, which occur due to eddy currents in the permanent magnet, among other things, can reduce the adhesive strength.
Aus
Aus
AUFGABE UND LÖSUNGTASK AND SOLUTION
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für einen Elektromotor zu schaffen, bei welchem Permanentmagnete mittels einer Klebeverbindung sicher an dem Rotorkörper fixiert werden. Es ist eine weitere Aufgabe, einen Elektromotor mit einem entsprechend hergestellten Rotor zu schaffen.It is an object of the invention to provide a method for producing a rotor for an electric motor, in which permanent magnets are securely fixed to the rotor body by means of an adhesive bond. It is a further object to provide an electric motor with a correspondingly produced rotor.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für einen Elektromotor, der einen Rotorkörper und eine Vielzahl an Permanentmagneten aufweist, geschaffen, wobei die Permanentmagnete mittels einer Klebeverbindung an Verbindungsflächen des Rotorkörper fixiert werden, und wobei der Rotorkörper und/oder Teile des Rotorkörpers vor einer Fixierung der Permanentmagnete mittels Pyrolyse gereinigt wird/werden.According to a first aspect, a method for producing a rotor for an electric motor, which has a rotor body and a plurality of permanent magnets, is provided, wherein the permanent magnets are fixed to connecting surfaces of the rotor body by means of an adhesive connection, and wherein the rotor body and/or parts of the The rotor body is/are cleaned by pyrolysis before the permanent magnets are fixed.
Als Pyrolyse wird im Zusammenhang mit der Anmeldung eine thermische Behandlung des Rotors oder Teilen davon unter weitgehendem Ausschluss von Sauerstoff bei Temperaturen über 300°C, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 350°C und 400°C, bezeichnet.In the context of the application, pyrolysis refers to a thermal treatment of the rotor or parts thereof with the substantial exclusion of oxygen at temperatures above 300°C, preferably at temperatures between 350°C and 400°C.
Durch die thermische Behandlung werden an dem Rotorkörper oder an Teilen des Rotorkörpers organischen Rückstände, wie eine Isolierlackschicht auf einer Stanz-Schnittfläche, Hautfette und andere Verunreinigungen wie, Korrosionsschutz, Weichmacher aus Verpackungsfolie, etc. entfernt.The thermal treatment removes organic residues from the rotor body or parts of the rotor body, such as an insulating varnish layer on a punched cut surface, skin fats and other contaminants such as corrosion protection, plasticizers from packaging film, etc.
Die Temperatur für die thermische Behandlung und die Verweildauer sind je nach Anwendungsfall durch den Fachmann geeignet wählbar.The temperature for the thermal treatment and the residence time can be selected by the specialist depending on the application.
In einer Ausgestaltung wird/werden der Rotorkörper und/oder Teile des Rotorkörpers für die Pyrolyse über einen Zeitraum von ca. 3h bis ca. 10h und/oder bei Temperaturen zwischen 350°C und 400°C thermisch behandelt. Beispielsweise hat sich in einer Ausgestaltung eine thermische Behandlung über einen Zeitraum von ca. 6h bei einer Temperatur von ca. 360°C als vorteilhaft herausgestellt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine Pyrolyse bei diesen Parametern beschränkt.In one embodiment, the rotor body and/or parts of the rotor body are thermally treated for pyrolysis over a period of approximately 3 hours to approximately 10 hours and/or at temperatures between 350°C and 400°C. For example, in one embodiment, thermal treatment over a period of approximately 6 hours at a temperature of approximately 360°C has proven to be advantageous. However, the invention is not limited to pyrolysis at these parameters.
Der Rotorkörper ist in einer Ausgestaltung als Rotorpaket umfassend eine Vielzahl an Stanzblechen gefertigt, wobei der Rotorkörper nach einer Paketierung und/oder die Stanzbleche vor einer Paketierung mittels Pyrolyse gereinigt wird/werden.In one embodiment, the rotor body is manufactured as a rotor package comprising a plurality of stamped sheets, wherein the rotor body is cleaned by means of pyrolysis after packaging and/or the stamped sheets are cleaned before packaging.
Dabei werden mittels der Pyrolyse auch Rückstände zwischen den Stanzblechen entfernt. Die Reinigung mittels Pyrolyse erlaubt dabei auch eine Fertigung von Rotoren, welche für höhere Drehzahlen, höhere Temperaturen und/oder höhere Drehmomente geeignet sind und/oder eine höhere Betriebsfestigkeit aufweisen.Pyrolysis also removes residues between the punched sheets. Cleaning by pyrolysis also allows the production of rotors that are suitable for higher speeds, higher temperatures and/or higher torques and/or have greater operational strength.
In einer Ausgestaltung werden die Stanzbleche des Rotorpaktes ölfrei gestanzt.In one embodiment, the stamping sheets of the rotor package are stamped oil-free.
Als „ölfreies“ Stanzen wird dabei ein Stanzen ohne Schmierstoff oder unter Einsatz eines Schmierstoffs ohne Mineralöl bezeichnet. In einer Ausgestaltung wird dabei ein Stanz-Hilfsmittel eingesetzt, welches rückstandsfrei verdunstet.“Oil-free” punching refers to punching without lubricant or using a lubricant without mineral oil. In one embodiment, a punching aid is used which evaporates without leaving any residue.
In einer Ausgestaltung wird ein Klebstoff für eine Klebverbindung der Permanentmagnete unmittelbar und/oder nach Abkühlen der Verbindungsfläche des Rotorkörpers auf eine Zieltemperatur, insbesondere auf weniger als 300° C, auf die mittels Pyrolyse gereinigte Oberfläche aufgebracht.In one embodiment, an adhesive for an adhesive connection of the permanent magnets is applied to the surface cleaned by pyrolysis immediately and/or after cooling the connection surface of the rotor body to a target temperature, in particular to less than 300° C.
Je nach Einsatzbedingungen des Rotors werden alternativ in einer anderen Ausgestaltung nach der Reinigung mittels Pyrolyse die Verbindungsflächen ganz oder teilweise mit einem Plasma beaufschlagt. Durch die Beaufschlagung der Verbindungsfläche beispielsweise mit einem Atmosphärendruck-Plasma ist eine Entfernung von Rückständen und/oder einer Oxidschicht an der Verbindungsfläche für eine weitere Verbesserung der Klebeverbindung möglich. Die Beaufschlagung erfolgt in Ausgestaltungen des Verfahrens möglichst unmittelbar vor dem Aufbringen einer Klebeschicht ab der Verbindungsfläche, um ein erneutes Verschmutzen und/oder Oxidieren der Verbindungsfläche zu verhindernDepending on the operating conditions of the rotor, in another embodiment, the connecting surfaces are either completely or partially exposed to a plasma after cleaning by means of pyrolysis. By exposing the connecting surface to an atmospheric pressure plasma, for example, it is possible to remove residues and/or an oxide layer on the connecting surface to further improve the adhesive bond. In embodiments of the method, the exposure takes place as soon as possible before an adhesive layer is applied to the connecting surface in order to prevent the connecting surface from becoming dirty and/or oxidized again.
In einer Ausgestaltung werden die Verbindungsflächen mittels eines gepulst betriebenen Plasmaerzeugers mit einem Plasma beaufschlagt werden.In one embodiment, the connecting surfaces are exposed to a plasma by means of a pulsed plasma generator.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Elektromotor mit einem Rotor geschaffen, wobei der Rotor einen Rotorkörper und eine Vielzahl an Permanentmagneten aufweist, wobei die Permanentmagnete mittels einer Klebeverbindung an Verbindungsflächen des Rotorkörper fixiert sind, und wobei der Rotorkörper und/oder Teile des Rotorkörpers vor einer Fixierung der Permanentmagnete mittels Pyrolyse gereinigt ist/sind. Der so geschaffene Elektromotor zeichnet sich durch einen Rotor mit einer hohen Belastbarkeit aus. Durch die höhere Belastbarkeit ist eine Erhöhung der maximal zulässigen Drehzahl oder des maximal zulässigen Drehmoments des Elektromotors möglich. Die Herstellung des Rotors ist dabei an Einsatzgebiet und Anforderungen an den Elektromotor, insbesondere die notwendige Festigkeit der Klebverbindung, anpassbar. In einer Ausgestaltung werden Rotoren verbaut, bei deren Herstellung der Rotorkörper und/oder Teile des Rotorkörpers vor der Fixierung der Permanentmagnete mittels Pyrolyse gereinigt wurden. In anderen Ausgestaltungen werden Rotoren verbaut, bei welchen zusätzlich nach der Reinigung mittels Pyrolyse die Verbindungsflächen ganz oder teilweise mit einem Plasma beaufschlagt wurden.According to a second aspect, an electric motor with a rotor is created, wherein the rotor has a rotor body and a plurality of permanent magnets, wherein the permanent magnets are fixed to connecting surfaces of the rotor body by means of an adhesive connection, and wherein the rotor body and/or parts of the rotor body are cleaned by means of pyrolysis before the permanent magnets are fixed. The electric motor created in this way is characterized by a rotor with a high load capacity. The higher load capacity makes it possible to increase the maximum permissible speed or the maximum permissible torque of the electric motor. The manufacture of the rotor can be adapted to the area of application and requirements of the electric motor, in particular the necessary strength of the adhesive connection. In one embodiment, rotors are installed in which the rotor body and/or parts of the rotor body were cleaned by means of pyrolysis before the permanent magnets were fixed. In other embodiments, rotors are installed in which the connecting surfaces were also completely or partially exposed to a plasma after cleaning by means of pyrolysis.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, das nachfolgend anhand der Figur erläutert ist. Dabei zeigt:
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1 schematisch einen Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung eines Rotors.
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1 schematically shows a process sequence for producing a rotor.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION OF THE EXAMPLES
Das Verfahren umfasst in einem ersten Schritt 1 ein Stanzen der Stanzbleche, wobei ein Stanzen „ölfrei“ erfolgt. In einer Ausgestaltung wird dabei ein Stanz-Hilfsmittel ohne Mineralöl eingesetzt, welches rückstandsfrei verdunstet.The method comprises, in a
In einem zweiten Schritt 2 werden die Stanzbleche zu dem Rotorpaket paketiert.In a
Anschließend erfolgt in einem Schritt 3 eine Reinigung des Rotorpakets mittels Pyrolyse. Dazu wird das Rotorpaket über mehrere Stunden erhitzt, beispielsweise auf ca. 360°C. Durch die thermische Behandlung wird das Rotorpaket von organischen Verunreinigungen, wie Hautfetten, Isolierlacken, Korrosionsschutzrückständen, Rückständen von Weichmachern aus Verpackungsfolien und ähnlichem, befreit.The rotor package is then cleaned using pyrolysis in
In einer alternativen Ausgestaltung werden die Schritte 2 und 3 in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt, d.h. eine Reinigung der Stanzbleche mittels Pyrolyse erfolgt vor einer Paketierung.In an alternative embodiment,
In einem vierten Schritt 4 werden in dem dargestellten Ausführungsbeispiel Verbindungsflächen des Rotorpakets, an welchen die Permanentmagnete fixiert werden, ganz oder teilweise mit einem Plasma beaufschlagt. Dies bewirkt eine Aktivierung der Verbindungsflächen für eine verbesserte Klebwirkung.In a
Unmittelbar anschließend an die Plasmabeaufschlagung werden die Permanentmagnete in einem fünften Schritt 5 an den Verbindungsflächen mittels einer Klebeverbindung fixiert. Für eine Klebeverbindung sind dabei je nach Anwendungsfall geeignete Klebstoffe durch den Fachmann wählbar. In einer Ausgestaltung erfolgt eine Klebverbindung mittels eines EinKomponenten oder Zwei-Komponenten Epoxidharzklebstoffs.Immediately after the plasma exposure, the permanent magnets are fixed to the connecting surfaces using an adhesive bond in a
Je nach Einsatzgebiet und Anforderungen an den hergestellten Rotor, insbesondere die notwendige Festigkeit der Klebverbindung, werden im Schritt 4 alle oder nur ein Teil der Verbindungsflächen mittels Plasmatechnik gereinigt und/oder aktiviert. In einer alternativen Ausgestaltung entfällt der Schritt 4.Depending on the application and requirements of the rotor produced, in particular the necessary strength of the adhesive bond, all or only some of the bonding surfaces are cleaned and/or activated using plasma technology in
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