DE1078679B

DE1078679B - Process for the production of stators and rotors for electrical machines with permanent magnets

Info

Publication number: DE1078679B
Application number: DEN16604A
Authority: DE
Inventors: Nico Bliek; Wilhelmus Hendrikus Donselaar; Johannes Jochem Will Geleijnse; Maximilien Felix Reijnst
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1958-04-26
Filing date: 1959-04-22
Publication date: 1960-03-31

Description

Verfahren zur Herstellung von Statoren und Rotoren für elektrische Maschinen mit Permanentmagneten Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von für elektrische Maschinen bestimmten Statoren und Rotoren, die mit mindestens zwei segmentförmigen und einander diametral gegenüberliegenden Permanentmagneten bestückt sind, deren Magnetisierungsrichtung radial ist, vorzugsweise anisotropen Magneten, die im wesentlichen aus kleinen Teilchen von Polyoxyden von Eisen und wenigstens. einem der Metalle Barium, Strontium und Blei mit hexagonaler Kristallstruktur und etwa der Zusammensetzung M O ₧ 6 Fe2 O3 bzw. M O ₧ 6 Fe2 03 ₧ 2 Fe3 04 bestehen, wobei M wenigstens eines der vorerwähnten Metalle ist, mit dem Merkmal, daß die Magneten, -weil sie beim Sintern in verschiedenem Maße schrumpfen, wodurch sowohl innere als auch äußere gegenseitig voneinander verschiedene Krümmungsradien entstehen, in eine Lehre mit einander diametral gegenüberliegenden kreiszylindrischen. Abschnitten eingesetzt werden, wobei die Lehre zwischen diesen Abschnitten mit weiteren Abschnitten versehen ist, zwischen denen der diametrale Abstand verschieden von dem zwischen den erstgenannten Abschnitten ist, und daß dann die Segmente in an sich bekannter Weise durch Verpressen mit Platten aus ferromagnetischem Material von hoher Permeabilität zu einem Ganzen vereinigt werden.Process for the manufacture of stators and rotors for electrical Machines with permanent magnets The invention relates to a method for Manufacture of stators and rotors intended for electrical machines, with at least two segment-shaped and diametrically opposite permanent magnets are equipped, the direction of magnetization is radial, preferably anisotropic Magnets, consisting essentially of small particles of polyoxides of iron and at least. one of the metals barium, strontium and lead with a hexagonal crystal structure and approximately the composition M O ₧ 6 Fe2 O3 or M O ₧ 6 Fe2 03 ₧ 2 Fe3 04 exist, where M is at least one of the aforementioned metals with which Feature that the magnets, because they shrink to different degrees during sintering, whereby both inner and outer mutually different radii of curvature arise in a teaching with diametrically opposed circular cylindrical. Sections are used, with the teaching between these sections with further Sections is provided, between which the diametrical distance is different from that is between the first-mentioned sections, and that then the segments in at known way by pressing with plates made of ferromagnetic material of high permeability can be combined into a whole.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei Magneten aus dem genannten Material die Verwendung von segmentförmigen Magneten vorteilhaft ist. Diese können dadurch erhalten werden, daß von ringförmigen Magneten ausgegangen wird, die anschließend z. B. in 3, 4 oder 6 Teile geteilt werden. Die Polbogen betragen dann 120, 90 bzw. 60°. Die zwei erstgenannten Magneten können für zweipolige, die letztgenannten für vierpolige Statoren und Rotoren verwendet werden.The invention is based on the knowledge that with magnets the said material the use of segment-shaped magnets is advantageous. These can be obtained by starting from ring-shaped magnets is, which then z. B. divided into 3, 4 or 6 parts. The polar arcs are then 120, 90 or 60 °. The first two magnets mentioned can be used for bipolar, the The latter can be used for four-pole stators and rotors.

Ein Nachteil hierbei ist, daß die Ringe infolge des Sinterns einer voneinander verschiedenen. Schrumpfung unterliegen, die zwischen etwa 14 und 18% variieren kann. Wünscht man einen gesinterten Ring mit einem Innendurchmesser z. B. von 40 mm und einem Außendurchmesser z. B. von 60 mm, wobei angenommen wird, daß diese Maße der mittleren. Schrumpfung von 16% entsprechen, so können andere Ringe in bezug auf den genannten Ring Abweichungen von etwa 20% aufweisen, d. h. einen Innendurchmesser und Außendurchmesser von 40,8 bzw. 61,2 mm einerseits und 39,2 bzw. 58,8 mm andererseits. Es hat sich gezeigt, daß die Krümmungsradien der zu verwendenden Segmente aus diesem Grunde dermaßen voneinander verschieden sind, daß die herkömmlichen Herstellungsverfahren für Statoren und Rotoren. ungeeignet sind, weil der gewünschte Luftspalt zwischen dem Stator oder dem Rotor mit den Magneten und dem damit zusammenarbeitenden Rotor bzw. Stator auf Grund der zulässigen Toleranzen entweder zu groß oder zu klein wird, z. B. die beiden zusammenarbeitenden Teile aneinander anstoßen.A disadvantage here is that the rings as a result of sintering a different from each other. Subject to shrinkage that is between about 14 and 18% can vary. If you want a sintered ring with an inner diameter z. B. of 40 mm and an outer diameter z. B. of 60 mm, assuming that this measure of the middle. 16% shrinkage, so others may Rings have deviations of about 20% with respect to said ring, d. H. an inner diameter and an outer diameter of 40.8 and 61.2 mm on the one hand and 39.2 and 58.8 mm on the other hand. It has been shown that the radii of curvature of the For this reason, the segments to be used are so different from one another, that the conventional manufacturing process for stators and rotors. not suitable are because of the desired air gap between the stator or the rotor with the magnets and the rotor or stator that works together with it due to the permissible tolerances becomes either too big or too small, e.g. B. the two cooperating parts butt against each other.

Die bekannten Verfahren könnten zwar Anwendung finden, wenn die an den Luftspalt angrenzenden Flächen der Magneten feingeschliffen würden, aber infolge der Härte des Materials ist dies kostspielig und infolgedessen unwirtschaftlich.The known methods could be used if the surfaces of the magnets adjoining the air gap would be finely ground, but as a result the hardness of the material this is costly and consequently uneconomical.

Diesem Übelstand kann durch das eingangs angegebene Verfahren nach der Erfindung abgeholfen werden.This inconvenience can be followed by the method specified at the beginning the invention can be remedied.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung haben zur Herstellung eines Stators die Lehrenabschnitte einen Durchmesser, dessen Länge zwischen dem doppelten Wert des kleinsten und des größten inneren Krümmungsradius der Segmente liegt, und der Wert des Durchmessers der anderen Lehrenabschnitte, die ebenfalls kreiszylindrisch sind, liegt zwischen einem Maß, das etwas größer ist als das doppelte des größten, Außenkrümmungsradius, und einem Maß, das etwas kleiner ist als das doppeltedes kleinsten; Außenkrümmungs.radius der Segmente, und wird das Ganze unter Preßdruck mit Platten aus ferromagnetischem Material umgeben, das als Joch dient, an dem die Segmente befestigt werden, wobei die Enden der Platte(n) miteinander verbunden werden.According to a further feature of the invention have to produce a Stator the gauge sections have a diameter whose length is between twice The value of the smallest and the largest inner radius of curvature of the segments is, and the value of the diameter of the other gauge sections, which are also circular cylindrical is between a measure that is slightly larger than twice the largest, Outside radius of curvature, and a dimension slightly less than twice the smallest; Outside radius of curvature of the segments, and the whole thing is under pressure with plates made of ferromagnetic Surrounding material that serves as a yoke on which the segments are attached with the ends of the plate (s) connected together will.

An Hand von einigen in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert.On the basis of some exemplary embodiments shown schematically in the drawing the invention is explained in more detail.

Die Fig. 1 und 2 zeigen zwei Ringe 1 und 2, die in bezug auf ihren Innendurchmesser und Außendurchmesser von dem gewünschten mittleren Ring mit einem Innendurchmesser z. B. von 40 mm und einem Außendurchmesser z. B. von 60 mm um 20% in negativem bzw. positivem Sinne abweichen. Der Ringt hat somit einen Innendurchmesser von 39,2 mm und einen Außendurchmesser von 58,8 mm. Die entsprechenden Maße des Ringes 2 betragen 40,8 bzw. 61,2 mm. Die beiden Ringe werden in vier gleiche Sektoren 3 bzw. 4 geteilt. Wo die Segmente montiert werden, befinden sich deshalb durcheinander Segmente, deren innere Krümmungsradien zwischen 19,6 und 20,4 mm und deren Außenkrümmungsradien zwischen 29,4 und 30,6 mm variieren.1 and 2 show two rings 1 and 2, with respect to their Inside diameter and outside diameter of the desired middle ring with one Inner diameter z. B. of 40 mm and an outer diameter z. B. from 60 mm by 20% deviate in a negative or positive sense. The ring thus has an inside diameter of 39.2 mm and an outside diameter of 58.8 mm. The corresponding dimensions of the Ring 2 are 40.8 and 61.2 mm, respectively. The two rings are in four equal sectors 3 or 4 divided. The places where the segments are mounted are therefore confused Segments whose inner radii of curvature between 19.6 and 20.4 mm and whose outer radii of curvature vary between 29.4 and 30.6 mm.

In Fig. 3 wird nach der Erfindung zur Herstellung eines Rotors eine Außenlehre 5 verwendet mit einander diametral gegenüberliegenden kreiszylindrischen Abschnitten 6 und 7, deren Durchmesser 8 im dargestellten Fall z. B. 61,2 mm beträgt, d. h. gleich dem maximal auftretenden Rotordurchmesser. Ein Segment 4 mit dem größten Krümmungsradius wird somit, wie oben in der Figur dargestellt, genau in die Lehre hineinpassen. Wird als zweiter Magnet dagegen ein maximal geschrumpftes Segment 3 verwendet, wie unten in Fig. 3 dargestellt, so wird er mit dem mittleren Teil auf der Lehre ruhen und an den Enden 9 frei stehen. Zwischen den Abschnitten 6 und 7 befinden sich Abschnitte 10 und 11, zwischen denen der diametrale Abstand verschieden von dem zwischen den Abschnitten 6 und 7 ist, und zwar kleiner. Die Segmente 3 und 4 können nunmehr auf an sich bekannte Weise durch ferromagnetisches Material zu einem Ganzen vereinigt werden, z. B. unter Verwendung von plattenförmigem Material, das unter Preßdruck gegen den Innenumfang der Segmente 3 und 4 gedrückt wird. Die Segmente 3 und 4 können z. B. mittels auswärts umgebogener Zungen im Bereich der Räume 12 an diesem Material befestigt werden, wie in umgekehrtem Sinne an Hand der Fig. 4 später beschrieben wird.In Fig. 3 is according to the invention for the manufacture of a rotor Outer gauge 5 used with diametrically opposed circular cylindrical Sections 6 and 7, the diameter of which is 8 in the illustrated case, for. B. is 61.2 mm, d. H. equal to the maximum occurring rotor diameter. A segment 4 with the largest The radius of curvature is thus, as shown above in the figure, exactly in the teaching fit in. On the other hand, a maximally shrunk segment is used as the second magnet 3 is used as shown below in Fig. 3, it is used with the middle part rest on the gauge and stand free at the ends 9. Between sections 6 and 7 there are sections 10 and 11, between which the diametrical distance is different of that between sections 6 and 7, namely smaller. The segments 3 and 4 can now in a manner known per se through ferromagnetic material be united into a whole, e.g. B. using plate-shaped material, which is pressed against the inner circumference of segments 3 and 4 under pressure. the Segments 3 and 4 can e.g. B. by means of outwardly bent tongues in the area of Spaces 12 are attached to this material, as in the reverse sense on the basis of the Fig. 4 will be described later.

Wenn für den Innendurchmesser 8 z. B. der kleinste Außendurchmesser, d. h. 58,8 mm, gewählt wird, so. wird das Segment 3 genau passen und das Segment 4 an den Enden an der Lehre anliegen und mit seinem mittleren Teil frei stehen.If for the inner diameter 8 z. B. the smallest outside diameter, d. H. 58.8 mm, is chosen so. the segment 3 will fit exactly and the segment 4 rest against the gauge at the ends and stand free with its middle part.

In beiden geschilderten Fällen ist ein Stator mit einem Innendurchmesser gleich der Diagonale 8+2 mal die Luftspaltlänge verwendbar, also 61,2 + 2 ₧ 0,3 = 61,8 mm. Der Luftspalt wird deshalb nie 0,3 mm unterschreiten können, was mit Rücksicht auf zulässige Toleranzen des Innendurchmessers des Stators und des Lagerspiels wichtig ist. Die geringe marimale Vergrößerung des Luftspaltes an den Enden 9 ist unwesentlich.In both cases described, there is a stator with an inner diameter equal to the diagonal 8 + 2 times the air gap length can be used, i.e. 61.2 + 2 ₧ 0.3 = 61.8 mm. The air gap will therefore never be able to fall below 0.3 mm, what with regard to the permissible tolerances of the inner diameter of the stator and the Bearing clearance is important. The small marimal enlargement of the air gap at the Ends 9 is immaterial.

Fig. 4 zeigt eine Lehre 14 zur Herstellung eines Stators nach der Erfindung. Die Lehre besitzt zwei kreiszylindrische Abschnitte 13 mit einem Durchmesser 15, deren Länge zwischen dem doppelten. Wert des kleinsten (z. B. 19,6 mm) und des größten (z. B. 20,4 mm) inneren Krümmungsradius der Segmente liegt. In der Figur entspricht der Durchmesser 15 dem kleinsten Innendurchmesser nach Fig. 1, d. h. 2 ₧ 19,6 39,2 mm. Das Segment 3 wird deshalb genau passen. Das Segment 4 dagegen wird in der Mitte an der Lehre anliegen und an den Enden frei stehen.Fig. 4 shows a teaching 14 for the manufacture of a stator according to the Invention. The teaching has two circular cylindrical sections 13 with a diameter 15, the length of which is between double. Value of the smallest (e.g. 19.6 mm) and the largest (z. B. 20.4 mm) inner radius of curvature of the segments. In the figure the diameter 15 corresponds to the smallest inner diameter according to FIG. H. 2 ₧ 19.6 39.2 mm. Segment 3 will therefore fit exactly. The segment 4 on the other hand, it will rest against the gauge in the middle and stand free at the ends.

Zwischen den Abschnitten 13 befinden sich ebenfalls kreiszylindrische Abschnitte 16, deren Durchmesser 17 zwischen einem Maß etwas größer als das Doppelte des größten, z. B. 30,6 mm, und einem Maß liegt, das etwas kleiner als das Doppelte des kleinsten (z. B. 29,4 mm). Außenkrümmungsradius der Segmente 4 und 3, im vorliegenden Fall gleich 2 ₧ 29,4 = 58,8 mm, d. h. gleich dem Durchmesser des Ringes nach Fig. 1 ist. Die Außenoberfläche des Segmentes 3 wird also mit der Zylinderoberfläche der Teile 16 zusammenfallen, und die Enden des Segmentes 4 werden sie etwas überragen.Between the sections 13 there are also circular cylindrical sections 16, the diameter 17 of which is slightly larger than twice the largest, e.g. B. 30.6 mm, and a dimension that is slightly smaller than twice the smallest (z. B. 29.4 mm). The outer radius of curvature of the segments 4 and 3, in the present case equal to 2 × 29.4 = 58.8 mm, ie equal to the diameter of the ring according to FIG. 1. The outer surface of the segment 3 will thus coincide with the cylindrical surface of the parts 16, and the ends of the segment 4 will protrude somewhat from them.

Unter Preßdruck wird dann plattenförmiges Material 18 rings um das Ganze angebracht; im vorliegenden Fall unter Verwendung von zwei Platten 18, deren Enden von zwei Platten 19 überlappt sind, die z. B. bei den Pfeilen, 20 durch Punktschweißen mit den Platten 18 verbunden werden, so daß ein Joch für die Kraftlinien entsteht.Plate-shaped material 18 is then pressed around the Whole attached; in the present case using two plates 18 whose Ends of two plates 19 are overlapped, e.g. B. the arrows, 20 by spot welding be connected to the plates 18, so that a yoke is created for the lines of force.

Der Außenumfang der Platten 19 ist rein kreiszylindrisch, so daß eine richtige Zentrierung im Außengehäuse des Stators über einen verhältnismäßig großen Bereich sichergestellt ist; dies ist wichtig, weil die Lager des Rotors in bezug auf dieses Gehäuse zentriert sind. Verformungen der Platte 18 bei 21 sind somit nicht störend. Nach der Befestigung der Segmente an der Platte 18, z. B. durch Verkittung oder durch Zungen, wie z. B. in Fig. 6 dargestellt und später genauer beschrieben ist, kann die Lehre 14 entfernt werden. Wenn die Enden 26 der Abschnitte 16 teilweise weggelassen werden, wie gestrichelt angedeutet, entsteht mehr Platz zur Befestigung.The outer circumference of the plates 19 is purely circular cylindrical, so that a correct centering in the outer housing of the stator via a relatively large Area is secured; this is important because the bearings of the rotor are related are centered on this housing. Deformations of the plate 18 at 21 are thus not disturbing. After attaching the segments to the plate 18, e.g. B. by cementing or by tongues, such as. B. shown in Fig. 6 and described in more detail later the gauge 14 can be removed. When the ends 26 of the sections 16 partially omitted, as indicated by dashed lines, creates more space for attachment.

Wählt man für den Durchmesser 15 den größten Innendurchmesser des Ringes nach Fig.2, somit gleich 40,8 mm, so wird ein Segment 4 genau passen, und ein Segment 3 wird in der Mitte frei von der Lehre 14 stehen, wie in Fig. 5 ,dargestellt. Da der mittlere Teil des Segmentes 3 dann außerhalb des Durchmessers 17 zu liegen kommt, werden auch in diesem Fall zusätzliche Platten 19 verwendet werden müssen.If you choose the largest inside diameter of the Ring according to Figure 2, thus equal to 40.8 mm, a segment 4 will fit exactly, and a segment 3 will stand in the middle free from the gauge 14, as shown in FIG. Since the middle part of the segment 3 is then to lie outside the diameter 17 comes, additional plates 19 will also have to be used in this case.

Wird dagegen sowohl in Fig. 4 als auch in Fig. 5 der Durchmesser 17 etwas größer als der größte Außendurchmesser zwischen den Segmenten 3 und 4 gewählt, so können die zusätzlichen Platten 19 entfallen, da dann alle Segmente innerhalb dieses größten Durchmessers 17 zu liegen kommen.If, on the other hand, the diameter 17 in both FIG. 4 and FIG selected slightly larger than the largest outside diameter between segments 3 and 4, so the additional plates 19 can be omitted, since then all segments are within this largest diameter 17 come to rest.

Mitunter ist ein größerer Polbogen der Pole der Pemanentmagnete erwünscht. Die Ringe nach den Fig. 1 und 2 können dann in drei Segmente mit Polbogen von 120° geteilt werden. Die Abschnitte 16 zwischen den Segmenten 3 und 4 nach Fig. 4 werden dann im allgemeinen. so kurz, daß die Länge des Umfanges der Platten 19 die Zentrierung im Statorgehäuse nicht hinreichend verbürgt. Entsprechend der letztgenannten Maßnahme kann dann ein etwas größerer Durchmesser 17 gewählt werden, wodurch entweder die Platten 19 entfallen können. oder die erwähnte Länge der Platten 19 größer gewählt werden kann, z. B. über einem. Polbogen von etwa 90 oder 120°. Die federnden freien Erden bewirken die Einklemmung im Statorgehäuse.Sometimes a larger pole arc is desirable for the poles of the permanent magnets. The rings according to FIGS. 1 and 2 can then be divided into three segments with polar arcs of 120 °. The sections 16 between the segments 3 and 4 of Fig. 4 are then generally. so short that the length of the circumference of the plates 19 does not sufficiently guarantee the centering in the stator housing. According to the last-mentioned measure, a somewhat larger diameter 17 can then be selected, whereby either the plates 19 can be omitted. or the mentioned length of the plates 19 can be chosen larger, for. B. over one. Polar arc of about 90 or 120 °. The resilient free earths cause the jamming in the stator housing.

Eine derartige Ausbildung, mit einem etwas größeren Durchmesser 17 als in Fig. 4, ist in Fig. 6 dargestellt. In diesem Fall sind noch zusätzliche Platten 22 mit urigebogenen Zungen 23 verwendet, um die Segmente 3 und 4 unter Zwischenfügung von Gummistreifen 24 einzuklemmen. Die federnden Enden 25 ermöglichen das Festklemmen im Gehäuse. Zur genauen Befestigung der Segmente 3 und 4 können während des Herstellungsvorganges in den Räumen, 27 Füllstücke untergebracht werden.Such a design, with a slightly larger diameter 17 than in FIG. 4, is shown in FIG. In this case, additional plates 22 with originally curved tongues 23 are used to clamp the segments 3 and 4 with rubber strips 24 interposed. The resilient ends 25 enable it to be clamped in the housing. For precise attachment of the segments 3 and 4, 27 filler pieces can be accommodated in the spaces during the manufacturing process.

Ein vierpoliger Statar hat vier vorstehende Abschnitte 16, so daß sich nach Fertigstellung des Stators eine Zentrierung an vier Stellen im Statorgehäuse ergibt und die Platten 19 sich erübrigen.A four-pole statar has four protruding sections 16 so that After the stator has been completed, it is centered at four points in the stator housing results and the plates 19 are unnecessary.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Process for the production of statures and rotors for electrical machines with at least two segment-shaped and diametrically opposed to each other opposing permanent magnets with a radial direction of magnetization from preferably anisotropic magnets, consisting essentially of small particles of polyoxides of Iron and at least one of the metals barium, strontium and lead with a hexagonal Crystal structure and roughly the composition M O ₧ 6 Fe2 03 or M O ₧ 6Fe2 03 ₧ 2 Fe3 04 exist, where M is at least one of the aforementioned metals is, characterized in that the magnets because they are sintered in different Dimensions are shrinking, making both internal and external, mutually exclusive different radii of curvature arise in a doctrine with diametrically opposite one another circular cylindrical sections are used, the teaching between these. Sections is equipped with further sections, between which the diametrical Distance is different from that between the former sections, and that then the segments in a known manner by pressing with plates made of ferromagnetic, high permeability material are combined into a whole.

2. A method for producing a stator according to claim 1, characterized in that that the gauge sections have a diameter whose length is between twice the smallest and the largest inner radius of curvature of the segments, and the Value of the diameter of the other gauge sections, which are also circular cylindrical are, between a measure slightly larger than double the largest and a measure which is slightly smaller than twice the smallest outer radius of curvature of the Segments is, and that those used in teaching. Magnets under pressure with Plates of ferromagnetic material are surrounded, which serves as a yoke on which the segments are attached, and then the ends of the plate (s) together get connected.

3. The method according to claim 2, characterized in that the Yoke parts between the permanent magnets on their outside with additional circular cylindrical Plates are provided, which are used for centering in the stator housing. Into consideration Extracted publications: German Auslegeschrift No. 1023 516; German patent application N 4190IV c / 80b (published July 2, 1953); »Philips' Technical Review«, 1952, pp. 361 to 367.