DE10254286A1

DE10254286A1 - Verfahren zur Herstellung eines als Außenläufer ausggebildeten Rotors für eine permanentmagneterregten Synchronmotor

Info

Publication number: DE10254286A1
Application number: DE10254286A
Authority: DE
Inventors: Günter Esch; Frank Horstmann; Ulrich Martin; Peter Dr. Rode
Original assignee: Miele und Cie KG
Current assignee: Miele und Cie KG
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2022-11-21
Also published as: DE10254286B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines als Außenläufer ausgebildeten Rotors (1) für einen permanentmagneterregten Synchronmotor, mit einem topfförmigen Gehäuse (10, 60), bei dem sich an einen axial gerichteten Hohlzylinderabschnitt (11) ein wenigstens annähernd radial gerichteter Bereich (12) anschließt, mit einem magnetischen Rückschluss, welcher entweder als separater Ring (20) innerhalb des Hohlzylinderabschnitts (11) angeordnet ist oder durch die Verwendung von magnetisch leitendem Werkstoff durch den Hohlzylinderabschnitt (61) selbst gebildet wird, und mit innerhalb des Rückschlusses (20, 61) angeordneten Permanentmagneten. Um die Magnete bzw. das zur Herstellung der Magnete benötigte magnetisierbare Material (30) einfach im Gehäuse (10, 60) befestigen zu können und gleichzeitig vor einer Beschädigung, insbesondere während des Transport- oder Montagevorgangs, zu schützen, wird vorgeschlagen, dass die Magnete bzw. magnetisierbares Material (30) nach ihrer Anordnung innerhalb des Rückschlusses (20, 61) durch Einfüllen und Aushärten einer Vergussmasse (51) in dem Gehäuse (10, 60) befestigt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines als Außenläufer ausgebildeten Rotors für einen permanentmagneterregten Synchronmotor, mit einem topfförmigen Gehäuse, bei dem sich an einen axial gerichteten Hohlzylinderabschnitt ein wenigstens annähernd radial gerichteter Bereich anschließt, mit einem magnetischen Rückschluss, welcher entweder als separater Ring innerhalb des Hohlzylinderabschnitts angeordnet ist oder durch die Verwendung von magnetisch leitendem Werkstoff durch den Hohlzylinderabschnitt selbst gebildet wird, und mit innerhalb des Rückschlussrings angeordneten Permanentmagneten.
Ein Motor der eingangs genannten Art ist aus der DE 198 06 258 A1 bekannt. Er dient als Antriebsmotor für die Trommel einer Waschmaschine, wobei der Rotor als Außenläufer direkt auf einem Wellenzapfen der Trommel angeordnet ist.
Zur Herstellung von Außenläufer-Rotoren für permanentmagneterregten Synchronmotoren ist es allgemein bekannt, die Permanentmagnete mit Klebstoff auf dem Rückschlussring zu befestigen. Bei der Verklebung können zahlreiche Parameter auf die Festigkeit der Verbindung einwirken. Da bei hohen Drehzahlen große Momente auf die Magnete wirken, können diese sich lösen. Außerdem sind die Magnete insbesondere während des Transports und der Montage des Rotors ungeschützt und können beschädigt werden.
Aus der EP 0 361 775 B1 ist es bekannt, das Rotorgehäuse aus thermoplastischem Kunststoff herzustellen und dabei die Magnete und den Rückschlussring zu deren Befestigung zu umspritzen. Auch hierbei ist der luftspaltseitige Bereich unbedeckt. Wollte man diesen Bereich ebenfalls umspritzen und dadurch die Innenfläche der Permanentmagnete schützen, wäre es schwierig, Wandstärken von 0,1mm bis 0,2mm in einer Großserie zu realisieren. Größere Wandstärken würden zu einer unerwünschten Reduzierung des mechanischen Luftspaltes führen.
Der Erfindung stellt sich somit das Problem, ein Verfahren zur Herstellung eines als Außenläufer ausgebildeten Rotors für einen permanentmagneterregten Synchronmotor der eingangs genannten Art zu offenbaren, bei dem die Magnete bzw. magnetisierbares Material (Anm.: im Folgenden nur noch als Magnete bezeichnet) einfach im Gehäuse befestigt und gleichzeitig vor einer Beschädigung, insbesondere während des Transport- oder Montagevorgangs geschützt werden.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
Die Vorteile, die mit dem erfindungsgemäß durchgeführten Verfahren erreicht werden können, bestehen neben seiner einfachen Durchführbarkeit darin, dass luftspaltseitig vor die Magnete ein dünner Film der Vergussmasse oder eine dünne Folie (Anspruch 5) gelegt werden kann und so bei den Magneten, die in der Regel aus einem sehr spröden Werkstoff hergestellt sind, ein Absplittern vermieden wird.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein separater Rückschlussring verwendet, wobei die Befestigung des Rückschlussrings innerhalb des topfförmigen Gehäuses entweder separat durch Presspassung, Kleben oder Verschrauben oder gleichzeitig mit der Befestigung der Magnete durch die Vergussmasse erfolgen kann.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die Vergussmasse in einen Hohlraum eingefüllt, welcher durch den Rückschlussring und/oder den Hohlzylinderabschnitt, durch den radial gerichteten Bereich des Gehäuses und durch eine an den zum Stator gerichteten Flächen der Permanentmagnete anliegende umlaufende Folie gebildet wird. Die Folie wirkt einerseits als verlorenes Formteil und erleichtert so das Einfüllen und Aushärten der Vergussmasse und bildet andererseits selbst die luftspaltseitige Schutzschicht für die Magnete, wodurch in sehr einfacher Weise eine konstante Stärke erreicht wird und größere Freiheiten bezüglich einer geeigneten Materialwahl für die Schutzschicht möglich sind.
Es ist vorteilhaft, wenn die Folie auf der zu den Permanentmagneten gerichteten Seite mit Klebstoff beschichtet ist. Hierdurch wird ihre Befestigung vereinfacht und der Halt während des Einfüllvorgangs vergrößert. Eine Abdichtung im unteren Bereich der Magnete wird in einfacher Weise dadurch erreicht, dass sich an den radial gerichteten Bereich ein weiterer axial gerichteter Bereich anschließt, dessen Innenradius etwa dem Innenradius der Magnete in ihrer Einbauposition entspricht, und dass ein die Magnete überragender Rand der Folie an die Innenseite des weiteren Bereichs angelegt wird. Eine zusätzliche Sicherheit der Folienbefestigung oder eine alternative Befestigungsart wird dadurch erreicht, dass sich entweder an den weiteren axial gerichteten Bereich ein weiterer radial gerichteter Bereich anschließt, welcher eine zum weiteren axial gerichteten Bereich benachbarte Ringnut aufweist, wobei die Folie durch Einlegen in die Ringnut und Einfüllen von Vergussmasse in die Ringnut bei vorgewärmtem Gehäuse befestigt wird oder dass die Folie während des Einfüllens der Vergussmasse über einen Hilfsdorn oder eine radial expandierende Hilfsvorrichtung in ihrer an den Magneten anliegenden Position gehalten wird.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens überragen die Folie und der Hohlzylinderabschnitt die Magnete und der so gebildete Freiraum wird mit Vergussmasse ausgefüllt. Hierdurch wird ein Toleranzbereich geschaffen, der eine Abnahme des Vergussmassevolumens beim Aushärten berücksichtigt.
Es ist auch vorteilhaft, wenn in dem radial gerichteten Bereich Vertiefungen oder Aussparungen angeordnet sind. Hierdurch geht die ausgehärtete Vergussmasse mit dem Rotorgehäuse einen Formschluss ein, welcher in erster Linie in Umfangsrichtung wirkt und so ein Lösen der Gesamtanordnung Rückschlussring-Magnete-Vergussmasse bei hohen Drehzahlen verhindert.
Das Vorsehen einer Ringnut in dem radial gerichteten Bereich erzeugt einen Formschluss zwischen ausgehärteter Vergussmasse und Rotorgehäuse, der in erster Linie in radialer Richtung wirkt. Hierdurch werden Teilbereiche der Anordnung Magnete-Vergussmasse auch dann in ihrer Position gehalten, wenn sich die Vergussmasse partiell vom Rückschlussring löst.
Ein weiterer Vorteil wird dadurch erreicht, dass auf der Innenseite des Hohlzylinderabschnitts mindestens eine axial gerichtete Nut eingebracht ist. Hierdurch wird ein Entlüftungskanal für die Vergussmasse geschaffen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen
1.1 bis 1.5 die einzelnen Schritte des Herstellverfahrens für einen Rotor (1) mit einem Gehäuse (10) aus Aluminiumdruckguss anhand von Ausschnittsdarstellungen;
1.6 einen Teilschnitt durch den fertiggestellten Rotor (1);
2.1 die perspektivische Teilansicht eines aus Blech gefertigten Gehäuses (60)
2.2 einen Teilschnitt durch den Rotor (1) mit Blechgehäuse (60) nach 2.1
1.1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Gehäuse (10) eines Rotors (1), welcher als Außenläufer eines permanentmagneterregten Synchronmotors fungiert und zum Antrieb einer Waschmaschinentrommel direkt auf dem Wellenzapfen der Trommel angeordnet ist. Das Gehäuse (10) ist topfförmig ausgebildet und besteht aus Aluminiumdruckguss. Es weist einen axial gerichteten Hohlzylinderabschnitt (11), einen radial gerichteten Bereich (12) und einen weiteren axial gerichteten Bereich (13) auf. Letzterer besitzt einen Innenradius, der etwa dem Innenradius der später beschriebenen Magnete in ihrer Einbauposition entspricht. Er geht in einen weiteren radial gerichteten Bereich (14) und dann in Befestigungsarme (15) über, die in ihrem Zentrum eine Lagernabe (nicht dargestellt) tragen. In den Hohlzylinderabschnitt (11) ist eine axial gerichtete Nut (16) gefräst. Der radial gerichtete Bereich (12) besitzt zunächst in der Nähe des Hohlzylinderabschnitts (11) eine umlaufende Ringnut (17) und dann in seinem gegenüber liegenden Randbereich partiell gefräste Vertiefungen (18), die über den gesamten Umfang verteilt sind.
In diesem Gehäuse (10) wird an der Innenwand des Hohlzylinderabschnitts (11) ein Rückschlussring (20) über eine Presspassung, Verklebung oder Verschraubung befestigt (s. 1.2). Möglich ist auch eine Verklebung mit einer Vergussmasse, die an späterer Stelle beschrieben ist. Danach werden quaderförmige Blöcke (30) aus magnetisierbarem Hartferrit auf dem Umfang des Rückschlussrings (20) verteilt und dort befestigt (s. 1.3). Diese Blöcke (30) liegen mit ihren Unterseiten auf dem radial gerichteten Bereich (12) auf (s. 1.6).
Nach der Zuführung der Blöcke (30) wird an ihre Innenseite eine streifenförmige Folie (40) angelegt (s. 1.4). Die Folie (40) bedeckt die Blöcke (30) und mit einem darüber hinausragenden Rand (41) einen Teil des axialen Bereichs (13). Auf der gegenüberliegenden Seite ist ebenfalls ein Rand (42) vorhanden, der die Blöcke (30) überragt. Auch der Hohlzylinderabschnitt (11) überragt die Blöcke (30) und den Rückschlussring (20). Durch die Folie (40), den radialen Bereich (12) und den Hohlzylinderabschnitt (11) wird ein kreisringförmiger Hohlraum gebildet, in dem sich die Blöcke (30) und der Rückschlussring (20) befinden und der auf seiner offenen Seite einen Freiraum (50) besitzt. In diesen Hohlraum wird eine Vergussmasse (51) aus Polyurethan-Harz oder Epoxydharz eingefüllt, bis die Blöcke (30) vollständig eingeschlossen sind und auch der Freiraum (50) ausgefüllt ist (s. 1.6). Nach dem Vergießen wird der komplette Rotor (1) unter Temperaturzuführung ausgehärtet. Dabei können entstehende oder bereits vorhandene Gase durch die axial gerichtete Nut (16), die als Entlüftungskanal fungiert, entweichen (s. a. 1.6). Als letztes erfolgt eine Magnetisierung der Hartferrit-Blöcke (30), wodurch diese zu Permanentmagneten werden. Alternativ können bereits vormagnetisierte Blöcke (30) verwendet werden.
Die Folie (40) ist so aufgebaut, dass auf der den Blöcken zugewandten Seite eine Vliesschicht vorhanden ist, welche auf Grund ihrer Struktur eine hochfeste Verbindung mit der Vergussmasse (51) eingeht. Sie kann mit Kleber beschichtet sein und so selbsttätig an den Blöcken (30) und an dem weiteren axial gerichteten Bereich (13) haften. Zusätzlich oder alternativ kann während des Einfüllens der Vergussmasse ein Hilfsdorn (nicht dargestellt) oder eine radial expandierende Vorrichtung (nicht dargestellt) in das von oben offenen Rotorgehäuse (10) fahren und die Folie in ihrer Position an den Blöcken (30) und an dem weiteren axial gerichteten Bereich (13) fixieren. Anfang und Ende der Folie liegen zwischen zwei Blöcken (30), um zu verhindern, dass durch ein Überlappen der mechanische Luftspalt verringert wird.
Die 2.1 und 2.2 zeigen die Ausführungsform eines Rotors (1), bei der das Gehäuse (60) aus magnetisch leitendem Blech gefertigt ist. Identisch ausgebildete Bauteile sind in den Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen wie diejenigen in 1.1 bis 1.6 versehen und werden teilweise nicht näher erläutert. Durch die Verwendung von magnetisch leitendem Blech wirkt der Hohlzylinderabschnitt (61) als magnetischer Rückschluss, so dass ein separater magnetischer Rückschlussring entfallen kann. Zur sicheren Übertragung des Drehmomentes vom Gehäuse (60) auf die Vergussmasse (51) sind am Hohlzylinderabschnitt (61) radial nach innen geprägte Sicken (68) angebracht, die innerhalb des Hohlraums liegen. Diese Sicken (68) verhindern auch das axiale Lösen der Einheit Magnete-Vergussmasse (51) aus dem Gehäuse (60). Um Anlageflächen für die Hartferrit-Blöcke (30) zu schaffen, werden in einem Tiefziehprozess ebene Bereiche (67) in den Hohlzylinderabschnitt (61) eingeformt, so dass dieser eine Vieleckstruktur aufweist. Zur Positionierung und Fixierung der Blöcke (30) können außerdem in den Zwischenräumen (66) nockenförmige Erhebungen (nicht dargestellt) vorgesehen sein.
2.2 zeigt auch eine weitere Befestigungs-Variante, bei der die Folie (40) durch die Vergussmasse (51) selbst fixiert wird. Hierzu ist in dem weiteren radial gerichteten Bereich (64) eine zum weiteren axial gerichteten Bereich (63) benachbarte Ringnut (69) vorgesehen, in die die Folie (40) eingelegt wird. Durch Einfüllen von Vergussmasse (51) in die Ringnut (69) bei vorgewärmtem Gehäuse (60) wird die Folie (51) befestigt.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines als Außenläufer ausgebildeten Rotors (1) für einen permanentmagneterregten Synchronmotor, mit einem topfförmigen Gehäuse (10, 60), bei dem sich an einen axial gerichteten Hohlzylinderabschnitt (11) ein wenigstens annähernd radial gerichteter Bereich (12) anschließt, mit einem magnetischen Rückschluss, welcher entweder als separater Ring (20) innerhalb des Hohlzylinderabschnitts (11) angeordnet ist oder durch die Verwendung von magnetisch leitendem Werkstoff durch den Hohlzylinderabschnitt (61) selbst gebildet wird, und mit innerhalb des Rückschlusses (20, 61) angeordneten Permanentmagneten, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete bzw. magnetisierbares Material (30) nach ihrer Anordnung innerhalb des Rückschlusses (20, 61) durch Einfüllen und Aushärten einer Vergussmasse (51) in dem Gehäuse (10, 60) befestigt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Rotors (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein separater Rückschlussring (20) verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Rotors (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung des Rückschlussrings (20) innerhalb des topfförmigen Gehäuses (10) durch Presspassung, Kleben oder Verschrauben erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines Rotors (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung des Rückschlussrings (20) innerhalb des topfförmigen Gehäuses (10) durch die Vergussmasse (51) erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines Rotors (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse (51) in einen Hohlraum eingefüllt wird, welcher durch den Hohlzylinderabschnitt (11, 61 ), durch den radial gerichteten Bereich (12, 62) des Gehäuses (10, 60) und durch eine an den zum Stator gerichteten Flächen der Permanentmagnete bzw. des magnetisierbaren Materials (30) anliegende umlaufende Folie (40) gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Rotors (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (40) auf der zu den Permanentmagneten bzw. zu dem magnetisierbaren Material (30) gerichteten Seite mit Klebstoff beschichtet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Rotors (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den radial gerichteten Bereich (12, 62) ein weiterer axial gerichteter Bereich (13, 63) anschließt, dessen Innenradius etwa dem Innenradius der Magnete in ihrer Einbauposition entspricht, und dass ein die Magnete bzw. das magnetisierbare Material (30) überragender Rand (41) der Folie (40) an die Innenseite des weiteren Bereichs (13, 63) angelegt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Rotors (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den weiteren axial gerichteten Bereich (13, 63) ein weiterer radial gerichteter Bereich (14, 64) anschließt, welcher eine zum weiteren axial gerichteten Bereich (13, 63) benachbarte Ringnut (69) aufweist, und dass die Folie (40) durch Einlegen in die Ringnut (69) und Einfüllen von Vergussmasse (51) in die Ringnut (69) bei vorgewärmtem Gehäuse (10, 60) befestigt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Rotors (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (40) während des Einfüllens der Vergussmasse (51) über einen Hilfsdorn oder eine radial expandierende Hilfsvorrichtung in ihrer an den Magneten bzw. an dem magnetisierbaren Material (30) anliegenden Position gehalten wird.
Verfahren zur Herstellung eines Rotors (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (40) und der Hohlzylinderabschnitt (11, 61)) die Magnete bzw. das magnetisierbare Material überragen und dass der so gebildete Freiraum (50) mit Vergussmasse (51) ausgefüllt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Rotors (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem radial gerichteten Bereich (12, 62) Vertiefungen (18) oder Aussparungen angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung eines Rotors (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem radial gerichteten Bereich (12, 62) eine Ringnut (17) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Rotors (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, wobei insbesondere ein separater Rückschlussring (20) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenseite des Hohlzylinderabschnitts (11) mindestens eine axial gerichtete Nut (16) eingebracht ist.