DE10204891A1

DE10204891A1 - Elektromotor und Verfahren zur Fertigung eines Elektromotors

Info

Publication number: DE10204891A1
Application number: DE10204891A
Authority: DE
Inventors: Helmut Nestler; Yvonne Heyner; Ulrich Bomke
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2002-02-06
Filing date: 2002-02-06
Publication date: 2003-08-21

Abstract

Elektromotor und Verfahren zur Fertigung eines Elektromotors, DOLLAR A wobei der Rotor magnetisierbares Material umfasst, DOLLAR A wobei am Umfang des Rotors Segmente aus magnetisierbarem Material angeordnet sind, wobei die Segmente in axialer Richtung einen anderen Schrägungswinkel aufweisen als der axiale Verlauf der Magnetisierung.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor und ein Verfahren zur Fertigung eines Elektromotors.
Schrägverzahnte Zahnräder sind allgemein bekannt. Dabei verlaufen die Zähne schraubenförmig am Umfang des Zahnrades, insbesondere des Grundkreises einer Evolventenverzahnung. Der Schrägungswinkel ist ein Maß für die zugehörige Schraubenhöhe. Bei verschindendem Schrägungswinkel sind die Zahnräder geradverzahnt.
Synchronmotoren umfassen einen Stator und einen Rotor, wobei der Rotor Dauermagnete trägt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Elektromotor eine gleichförmige Drehbewegung in einfacher und kostengünstiger Weise zu realisieren.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Elektromotor nach den in Anspruch 1 und/oder 4 und bei dem Verfahren nach den in Anspruch 8 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wesentliche Merkmale der Erfindung bei dem Elektromotor, umfassend Stator und Rotor, wobei der Rotor magnetisierbares Material umfasst, sind, dass auf dem Rotor mindestens ein Ring aus magnetisierbarem Material angeordnet sind, wobei der Ring oder die Ringe derart aufmagnetisiert sind, dass der axiale Verlauf der Magnetisierung einen Schrägungswinkel aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass das Pol- und Nutrasten verkleinerbar ist. Außerdem verläuft die Magnetisierung schräg auf dem Ring, ohne dass dieser Verlauf durch Lücken oder dergleichen gestört ist.
Bei einer bevorzugten Ausführung sind der Ring oder die Ringe Vollringe. Dabei ist die Fertigung besonders einfach und kostengünstig, weil nur ein Aufstecken des jeweiligen Ringes erforderlich ist.
Bei einer anderen alternativen bevorzugten Ausführung sind der Ring oder die Ringe aus Ringsegmenten zusammengesetzt. Dabei ist ein wesentlicher Vorteil, dass thermische Ausdehnungen des Eisens keine mechanische Belastung des aufmagnetisierten Materials verursachen, weil die thermisch bedingten Geometrieänderungen an den Kontaktstellen zwischen den Ringsegmenten im Wesentlichen ausgleichbar sind. Trotzdem bleiben die obengenannten Vorteile bestehen, ohne dass der Magnetisierungsverlauf durch Lücken oder dergleichen gestört ist.
Wesentliche Merkmale der Erfindung gemäß Anspruch 4 bei dem Elektromotor, umfassend Stator und Rotor, wobei der Rotor magnetisierbares Material umfasst, sind, dass am Umfang des Rotors Segmente aus magnetisierbarem Material angeordnet sind, wobei die Segmente in axialer Richtung einen anderen Schrägungswinkel aufweisen als der axiale Verlauf der Magnetisierung. Von Vorteil ist dabei, dass das Pol- und Nutrasten verkleinerbar ist. Somit ist also eine gleichförmige Drehbewegung in einfacher und kostengünstiger Weise realisierbar. Außerdem ist die Fertigung des Elektromotors sehr einfach möglich, da das noch unmagnetisierte Material in Form der Segmente mit dem Rotor verbunden wird, ohne dass störende Magnetfelder schon vorhanden sind. Erst nach dem Verbinden wird dann durch Aufmagnetisieren aus dem magnetisierbaren Material Dauermagnetmaterial.
Bei einer bevorzugten Ausführung weisen die Segmente in axialer Richtung einen verschwindenden Schrägungswinkel auf, verlaufen also gerade, und der axiale Verlauf der Magnetisierung weist einen Schrägungswinkel auf. Von Vorteil ist dabei, dass solche Segmente besonders einfach und kostengünstig zu fertigen und nachzubearbeiten sind.
Bei einer bevorzugten Ausführung weisen die Segmente am Umfang einen geringeren Abstand zueinander auf als einen Millimeter. Von Vorteil ist dabei, dass keine Lücken zwischen den Segmenten vorhanden sind und somit die Anzahl der Segmente unabhängig von der beim Aufmagnetisieren des Rotors aufgebrachten Anzahl von Magnetpolen ist.
Bei einer bevorzugten Ausführung umfasst das magnetisierbare Material seltene Erden und/oder sind mittels der Aufmagnetisierung aus dem magnetisierbaren Material Dauermagneten herstellbar. Von Vorteil ist dabei, dass eine leistungsstarke Synchronmaschine in kostengünstiger Weise herstellbar ist.
Bei einer bevorzugten Ausführung weisen die Segmente radial verlaufende Flanken in Umfangrichtung auf. Insbesondere weisen die Segmente im Stirnschnitt ein Kreisringsegment auf. Von Vorteil ist dabei, dass die Segmente direkt aneinander anordenbar sind und somit wiederum keine Lücken entstehen.
Bei einer bevorzugten Ausführung ist der Elektromotor ein Synchronmotor. Von Vorteil ist dabei, dass somit ein Synchronmotor kostengünstig herstellbar ist, der ein geringes Nut- und Polrasten aufweist.
Wesentliche Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren zur Fertigung eines Elektromotors, sind dass der Elektromotor einen Stator und Rotor umfasst, wobei der Rotor magnetisierbares Material umfasst, und wobei der Rotor mit einem in axialer Richtung einen nicht-verschwindenden Schrägungswinkel aufweisenden Magnetfeld aufmagnetisiert wird. Von Vorteil ist dabei, dass die Vorrichtung für das Aufmagnetisieren nur schräg aufgestellt werden muss und somit der schräge, dem Verlauf eines Zahnes bei einem schrägverzahnten Zahnrad entsprechenden Verlauf erreichbar ist. Da die Segmente direkt aneinander angeordnet sind, ist dieser, mindestens ungefähr schraubenförmige Verlauf der erzeugten Nord- und Südpol-Bereiche.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Bezugszeichenliste 1 Rotor
2 Segmente
3 schwach oder unmagnetisierte Bereiche
21 Rotor
22 Segmente
31 Rotor
32 Segmente
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der Fig. 1b ist ein Rotor 1 des erfindungsgemäßen Elektromotors gezeigt, der Segmente 2 aus magnetisierbarem Material am Umfang aufweist. Die Segmente sind somit am Luftspalt zum Stator hin angeordnet. Die Segmente sind am Umfang derart eng zueinander, vorteiligerweise mit einem Abstand von 0,1 mm, angeordnet, dass sie ungefähr einem Hohlzylinder entsprechend den Rotor umgeben. Fig. 1a zeigt eine zugehörige Vorderansicht.
Fig. 1d zeigt den selben Rotor 1 nach der Aufmagnetisierung, wobei zusätzlich die magnetisierten Bereiche der Segmente 2 mit N und S für Nordpol und Südpol gekennzeichnet sind. Die magnetisierten Bereiche verlaufen in axialer Richtung nicht gerade sondern weisen einen Schrägungswinkel β auf. Fig. 1c zeigt eine zugehörige Vorderansicht. Zwischen den magnetisierten Bereichen, also den Nordpol- und Südpolbereichen, verlaufen schwach oder unmagnetisierte Bereiche 3, die ein direktes Aneinanderliegen der Nord- und Südpol-Bereiche verhindern.
Infolge dieser schräg verlaufenden magnetisierten Bereiche ist das Pol- und Nutrasten des Elektromotors beim Betrieb reduziert.
Die Segmente sind aus einem zur Aufmagnetisierung geeigneten Material, also beispielsweise aus Dauermagnetmaterial, gefertigt. Besonders geeignet sind dabei Seltene Erden enthaltende Materialien. Vorteilhaft ist insbesondere die Verwendung von Neodym-Eisen-Bor, da hiermit in einfacher und kostengünstiger Weise starke Dauermagnete herstellbar sind.
Bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist der erfindungsgemäße Rotor auch für andere Synchronmaschinen mit Dauermagneten verwendbar.
In der Fig. 2 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel gezeigt. Dabei sind auf dem Rotor 21 die Segmente 22 wiederum als Ringsegmente ausgeführt, die ungefähr einem Hohlzylinder entsprechend den Rotor umgeben, wobei axial hintereinander zwei solchermaßen gebildete Hohlzylinder angeordnet sind.
Die Ringsegmente (2, 22) sind wegen ihrer einfachen Geometrie als axial gerade geschnittenes Hohlzylinderteil in einfacher Weise und kostengünstig herstellbar, insbesondere durch Sintern. Nach Ausführen der weiteren Nachbearbeitungsschritte, wie Phosphatieren zur Nachbearbeitung des Innenradius, Schleifen zur Nachbearbeitung der Geometrie und Erwärmen zur Härtung des Klebstoffes, werden die Ringsegmente (2, 22) auf den Rotor aufgeklebt und danach schräg aufmagnetisiert. Das schräge Aufmagnetisieren kann durch ein entsprechend geneigt angeordnetes Magnetisierungsspulensystem erfolgen.
In Fig. 3 ist bei einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ein solcher Rotor 31 mit Segmenten 32 gezeigt, wobei allerdings die Flanken nicht radial verlaufen. Daher entstehen V-förmige Ausnehmungen zwischen den Segmenten.
Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind die Flanken der Segmente 32 bei der Nachbearbeitung, also vor dem Aufkleben auf den Rotor 21, derart geschliffen, dass die Flanken radial verlaufen und somit die Segmente direkt aneinander anordenbar sind. Somit entsteht quasi ein am Umfang anliegender Ring.
Am Umfang werden bei allen Ausführungsbeispielen die Magnetringe jeweils aus mehr als drei Segmenten gebildet, wobei es besonders vorteilhaft ist als Anzahl der Segmente am Umfang eine Primzahl zu wählen.
Bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind die Stator-Nutzahl und die Zahl der Segmente (2, 22, 32) teilerfremd gewählt, haben also keinen gemeinsamen Teiler. Bei solchen Ausführungsbeispielen ist die Grundschwingungsordnungszahl des Rastens groß und die zugehörige Amplitude somit klein, also Pol- und Nutrasten minimiert.
Bei einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sind am Umfang des Rotors Segmente aus magnetisierbarem Material angeordnet, die in axialer Richtung einen anderen Schrägungswinkel aufweisen als der axiale Verlauf der Magnetisierung. Allerdings ist die Herstellung solcher Segmente aufwendiger als die vorstehend genannten.
Bei den Fig. 1a, 1b, 1c, 1d, 2 und 3 weisen die Segmente in axialer Richtung einen verschwindenden Schrägungswinkel auf, verlaufen also gerade, und der axiale Verlauf der Magnetisierung weist einen nicht-verschwindenden Schrägungswinkel auf. Der Wert des Schrägungswinkels wird in Abhängigkeit von der Polzahl bestimmt und ist derart gewählt, dass er nicht nur bei der Aufmagnetisierung realisierbar ist sondern auch im Zusammenspiel mit der jeweils gegebenen Polzahl das Polrasten und/oder Nutrasten minimiert.
Bei den Fig. 1a, 1b, 1c, 1d, 2 und 3 weisen die Segmente im Stirnschnitt jeweils ein Kreisringsegment auf. Daher sind sie einfach zu fertigen, insbesondere durch Sintern oder dergleichen.
Bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sind die Segmente nicht nur geklebt sonder zusätzlich mittels einer Bandage oder gleichwirkenden Komponenten mit dem Rotor (1, 21, 31) verbunden.

Claims

1. Elektromotor, umfassend Stator und Rotor,
wobei der Rotor magnetisierbares Material umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf dem Rotor mindestens ein Ring aus magnetisierbarem Material angeordnet sind,
wobei der Ring oder die Ringe derart aufmagnetisiert sind, dass der axiale Verlauf der Magnetisierung einen Schrägungswinkel aufweist.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring oder die Ringe Vollringe sind.

3. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring oder die Ringe aus Ringsegmenten zusammengesetzt ist.

4. Elektromotor, umfassend Stator und Rotor,
wobei der Rotor magnetisierbares Material umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
am Umfang des Rotors Segmente aus magnetisierbarem Material angeordnet sind,
wobei die Segmente in axialer Richtung einen anderen Schrägungswinkel aufweisen als der axiale Verlauf der Magnetisierung.

5. Elektromotor nach mindesten einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente in axialer Richtung einen verschwindenden Schrägungswinkel aufweisen, also gerade verlaufen, und der axiale Verlauf der Magnetisierung einen Schrägungswinkel aufweist.

6. Elektromotor nach mindesten einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente am Umfang einen geringeren Abstand zueinander aufweisen als einen Millimeter.

7. Elektromotor nach mindesten einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetisierbare Material seltene Erden umfasst und/oder mittels der Aufmagnetisierung aus dem magnetisierbaren Material Dauermagneten herstellbar sind.

8. Elektromotor nach mindesten einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente radial verlaufende Flanken in Umfangrichtung aufweisen.

9. Elektromotor nach mindesten einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente im Stirnschnitt ein Kreisringsegment aufweisen.

10. Elektromotor nach mindesten einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor ein Synchronmotor ist.

11. Verfahren zur Fertigung eines Elektromotors,
umfassend Stator und Rotor, wobei der Rotor magnetisierbares Material umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotor mit einem in axialer Richtung einen nicht-verschwindenden Schrägungswinkel aufweisenden Magnetfeld aufmagnetisiert wird .