DE1261235B - Rotor fuer elektrische Maschinen, insbesondere Synchron-Kleinstmotoren - Google Patents

Description

• Rotor für elektrische Maschinen, insbesondere Synchron-Kleinstmotoren Zur Herstellung eines Rotors für elektrische Maschinen ist bereits ein mit einer axialen Bohrung versehener Dauermagnetkörper bekanntgeworden, der aus einer anisotropen Ni-AI-Co-Fe-Legierung aus einem Stück gegossen und während der Wärmebehandlung zwischen zwei, Polen in nur einem Magnetfeld abgekühlt ist. Die dadurch erhaltene magnetische Vorzugsrichtung gestattet es, bei der endgültigen Magnetisierung dem Rotor vier und mehr über den Zylinderumfang verteilte Magnetpole zu geben. Hierbei sind auch am Zylinderumfang zwischen den Polen U-förmige Aussparungen mit parallel zur magnetischen Vorzugsrichtu-ng verlaufenden seitlichen Begrenzungskanten und an diametral gegenüberliegenden Stellen parallel zur magnetischen Vorzugsrichtung verlaufende Abflachungen -vorgesehen. Die den Dauermagnetkörper axial durchsetzende Rotorwelle wird hierbei zweckmäßig in den Dauermagnetkörper mit eingegossen. Zur Zentrierung dieser Welle mit der Zylinderfläche des Magnetkörpers ist ein nachträgliches überschleifen desselben erforderlich. Ein solcher mit einem Dauermagnet#körper versehener Rotor hat den Nachteil, daß er ein relativ großes spezifisches Gewicht und damit ein - relativ großes Trägheitsmoment aufweist, was häufig unerwünscht ist. Auch dürfen an die Remanenz der Magnetpole keine allzu hohen Anforderungen gestellt werden.
• Für die Herstellung elektrischer Kleinstmotoren werden daher bekanntlich Rotoren bevorzugt, deren Magnetkörper aus Pulvermaterial gepreßt wird. Wegen des gegenüber gegossenen Magneten nur etwa halb so großen spezifischen Gewichtes lassen sich Motoren mit hohen magnetischen Feldstärken und relativ kleinen Trägheitsmomenten herstellen, es treten jedochhierbei insbesondere bezüglich der Anbringung der Rotorwelle Schwierigkeiten auf. Infolge der bei dem Sintervorgang auftretenden hohen. Temperaturen kann der Dauermagnetkörper nicht während des Preßvorgangs mit einer solchen Welle versehen werden. Ein nachträgliches Anbringen einer Bohrun#g ist wegen der großen Härte des, gesinterten Pulvermagnetwerkstoffes nicht möglich. Diese Schwierigkeit läßt sich zwar dadurch umgehen, daß nach der Herstellung des Magnetkörpers an beiden Stirnseiten desselben mit einem Flansch versehene Achsstummeln angeklebt werden, doch ist dieser Vorschla#g umständlich und auch teuer, da es nur schwer möglich ist, den Magnetkörper so genau herzustellen und die Achsstummeln so genau anzukleben, daß sie ohne Nacharbeit koaxial zu dem Zylinderumfang liegen.
• Solche bekannten Dauermagnetkörper aus Pulverwerkstoffen hat man daher bisher in der Weise hergestellt, daß man sie mit einem zentrischen Loch in einer geschlossenen zylindrischen Preßforin mit einem Dorn und einem entsprechenden Stempel in Achsrichtung gepreßt und die Welle nachträglich eingesetzt hat. Auch dieses Herstellungsverfahren bietet noch gewisse Toleranzschwierigkeiten. Besonders nachteilig ist-jedoch, daß hierbei die durch die Preßrichtung vorgegebene magnetische Vorzugsrichtung bei der-späteren Magnetisi-erung nicht ausgenutzt werden kann. Dies wirkt sich besonders dann nachteilig aus, wenn der Rotor mehr als zwei über dem Zylinderumfang angeordnete Magnetpole aufweisen soll. Die hierbei erzielbaren maximalen inagnetischen Feldstärken sind nur gering.
• In der deutschen Patentschrift 949415 ist ferner eine elektrische Kleinstmaschine beschrieben, deren Rotor einen scheibe-nförinigen, axial magnetisierten Dauermagnetkörper aus, Pulvermagnetmaterial aufweist,. der aus zwei bzw. vier und mehr getrennt magnetisierte Scheibensektoren zusammengesetzt ist. Die Magnetisierungsverhältnisse sind hier zwar besser als bei einem radial bzw. diametral magnetisierten Rotor aus dem gleichen Material. Doch bedingt ein solcher scheibenförmiger Rotor einen völlig anderen Statoraufbau, wodurch der Motor relativ teuer wird und hat den weiteren Nachteil eines großen Trägheitsmomentes des Rotors.
• Zur Vermeidung der oben geschilderten Nachteile wird bei dem eingangs erwähnten Rotor für elektrische Maschinen, insbesondere Synchron-Kleinstmotoren, der aus einem im wesentlichen zylindrischen; anisotropen, in einer magnetischen Vorzugsrichtung diametral magnetisierten Dauermagnetkörper mit vier oder mehr überden Zylinderumfang ver teilten radialen Magnetpolen und einer den Dauermagnetkörper durchsetzenden Rotorachse besteht, erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Dauermagnetkörper aus wenigstens zwei Teilen zusammengesetzt ist und aus Pulvermagnetwerkstoff besteht, daß die Teilen mit einer Nut zur Aufnahme der Rotorachse versehen sind und für sich mit einer quer zur Treanfuge liegenden Preßrichtung gepreßt, .,srichin der dadurch erzielten magnetischen Vorzug tung magnetisiert und zusammen mit der Rotorachse durch Kleben zu dem fertigen Rohr zusammenge-setzt sind.
• Besonders hohe magnetische Feldstärken und symmetrische Magnetpole lassen sich dann erzielen, wenn die Zylindeffiälften des Dauermagnetkörpers gleichartig diametral magnetisiert werden. Durch das Zusammenkleben gleichsinnig polarisierter Polflächen entsteht ein zusätzliches Polpaar mit hoher maanetischer Feldstärke.
• Durch Zwischen--kleben eines Bleches aus weichinagnetischem Material läßt sich die Feldstärke an diesen zusätzlichen Polen noch weiterhin vergrößern und gebündelt nach außen leiten.
• Durch die nach der Erfindung vorgeschlagene Ausbildung des Rotors ergeben sich eine Anzahl von Vorteilen. Die, im einfachsten Fall aus einem Halbzylinder mit einer entsprechenden Nut bestehenden Magnetkörper lassen sich i#n einfachen Preßformen mit der vorgeschlagenen diametralen Preßrichtung herstellen und anschließend, gegebenenfalls unter Zwischenlage eines Bleches aus Weicheisen, zu, dem Rotor zusammensetzen. Nach dem Pressen und Sintern der Magnetkörper bedarf es lediglich an der zum Zusammenkleben dienenden ebenen Fläche einer größeren Nacharbeit. Bei Aufnahme der Welle, gegebenenfalls des Weicheisenbleches, und der fertiggestellten Zylinderhälften des Magnetkörpers in eine geeignete Vorrichtung läßt sich die Welle sehr genau zentrisch zu den beiden Zylinderflächen der Magnetkörper in die vorgesehene Nut zwischen den beiden Zylinderhälften einkleben, wodurch jegliche Nacharbeit nach dem Zusammenkleben vermieden ist. Die erfindungsgemäße Herstellungsart des Rotors eignet sich daher besonders für eine billige Massenherstellung. Die Ausnutzung der magnetischen Vorzugsrichtung ergibt ferner eine hohe magnetische Feldstärke des Rotors. Die mit oder ohne Zwischenblech zusammengeklebten geschliffenen Trennflächen der Magnetkörperhälften ergeben auch einen sehr kleinen Luftspalt. Durch das Zusammenkleben gleichartig magnetisierter Rotorhälften lassen sich vier- und mehrpolige Motoren mit hohen magnetischen Feldstärken und symmetrischem Feldaufbau herstellen. Durch das zwischengeklebte Blech aus Weicheisen wird auch die Gefahr einer gegenseitigen Entmagnetisierung verringert. Der erfindungsgemäße Rotoraufbau eignet sich besonders zur Herstellung von elektrischen Kleinstmaschinen, insbesondere Synchron-Kleinstmotoren, bei denen der Rotor ein geringes Trägheitsmoment bei hohen magnetischen Feldstärken aufweisen sol-l.
• Die Erfindung sei an Hand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausfährungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Ansicht in Achsrichtung auf einen vierpoligen, nach der Erfindung aufgebauten Rotor, F i g. 2 eine Variante des in F i g. 1 dargestellten Rotors, F i g. 3 eine weitere Variante eines vierpoligen Rotors nach der Erfindung, F i g. 4 eine Einrichtung zur Magnetisierung der Teile des Rotors nach F i g. 3 und F i g. 5 einen sechspoligen, nach der Erfindung aufgebauten Rotor.
• Der in F i g. 1 dargestellte Rotor besteht aus zwei halbzylinderförmigen Dauermagnetkörpern 1, 2 und der innerhalb von halbzylinderförmigen Aussparun-"en a angebrachten Rotorwelle 3, wobei diese drei Teile durch Verkleben zu dem Rotorkörper verbunden sind. Die beiden Dauermagnetkörper sollen aus einem geeigneten Pulvermagnetmaterial gepreßt sein, wobei die Richtung des angewendeten Preßdruckes durch die eingezeichneten Pfeile senkrecht zur Trennfuge gekennzeichnet ist. Beide Magnetkörper sind in gleicher Weise diametral in der durch die angewandte Preßrichtung erhaltenen magnetischen Vorzugsrichtung magnetisiert, und zwar gleichartig mit einem Nordpol an der ebenen Fläche und einem Südpol an der gegenüberliegenden Zylinderfläche. Durch >das Zusammenkleben gleichnamiger Pole entsteht in der Umgebung des Randes der Trennfuge ein Nordpol. Somit sind über den Zylinderumfang vier scharf angeprägte Pole hoher magnetischer Feldstärke vorhanden.
• Der in Fig. 2 dargestellte Rotor unterscheidet sich von dem in F i g. 1 dargestellten dadurch, daß dieser am Zylinderumfang senkrecht zu der Trennfuge mit je einer Abflachung versehen ist und daß in der Trennfuge ein Blech 6 aus Weicheisen liegt, das etwa bis zum Zylinderumfang radial über die Trennfuge vorsteht. Die beiden Dauermagnetkörper 4 und 5, die Rotorwelle 3 und das Weicheisenblech 6 sollen auch hier durch Verkleben miteinander verbunden sein. Das Weicheisenblech 6 schirmt die beiden einander zugekehrten Nordpole gegeneinander ab und leitet den magnetischen Fluß nach außen. Mit diesem Aufbau lassen sich noch schärfer gebündelte und höhere magnetische Feldstärken als mit dem in F i g. 1 dargestellten Rotoraufbau erzielen.
• In F i g. 3 ist ebenfalls ein, vierpoliger, aus zwei Dauermagnetkörpern 7 und 8 und einer Rotorwelle 3 zusammengesetzter Rotor dargestellt, dessen Dauermagnetkörper in der durch Pfeile gekennzeichneten Vorzugsrichtung gepreßt und magnetisiert sind. Beide Teile weisen eine zur Trennfage senkrecht verlaufende seitliche Abflachung und, um 90' versetzt, je eine Aussparung am Zylinderumfang auf. Beide Dauermagnetkörper sind so magnetisiert, daß zu beiden Seiten der Rotorwelle ungleichnamige Pole an der Trennfuge zusammentreffen und der Rotor vier über den Zylinderumfang annähernd symmetrisch liegende Magnetpole wechselnder Polarität aufweist. Durch die vorgesehenen Abflachungen und Aussparungen erhält der Rotor ein sehr geringes Trägheitsmoment.
• F i g. 4 zeigt eine, Anordnung zur Magnetisierung der zum Aufbau des Rotors nach F i g. 3 verwendeten Dauermagnetkörper. Die an ihren Polflächen der Form des Dauermagnetkörpers 7, 8 angepaßten Joche 9 und 10 sind so mit Wicklungen 11 und 12 versehen, daß beide Hälften des Dauermagnetkörpers eine entgegengesetzte Polung erhalten. Auch hier fällt die Magnetisierungsrichtung im wesentlichen mit derdurch die vorgesehene Preßrichtung erzielten magnetischen Vorzugsrichtung zusammen.
• Der in F i g. 5 dargestellte Rotor hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie der nach F i g. 3. Er unterscheidet sich von dem in F i g. 3 dargestellten jedoch dadurch, daß die an der Trennfuge zusammentreffenden Magnetpole gleichnamig sind und daß, wie bei dem Beispiel in F i g. 2, in der Trennfuge ein über diese bis etwa zum Zylinderumfang radial nach außen vorstehendes Weicheisenblech 15 vorgesehen ist. Auf diese Weise ist unter Verwendung zweier Dauermagnetkörper 13, 14 ein sechspoliger Rotor mit annähernd symmetrisch aufeinanderfolgenden Magnetpolen entstanden, wobei die beiden radial nach außen vorstehenden Enden des Weicheisenbleches eine entgegengesetzte Polarität aufweisen.
• Auch bei dem Rotor nach F i g. 5 verläuft der magnetische Fluß innerhalb der Dauermagnetkörper etwa in der durch die diametrale Preßrichtung erhaltenen magnetischen Vorzugsrichtung. Die Magnetisierung der Dauermagnetkörper kann durch die gleiche oder eine ähnliche Vorrichtung, wie sie in F i g. 4 dargestellt ist, erfolgen.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Rotor für elektrische Maschinen, insbesondere Synchron-Kleinstmotoren, der aus einem im wesentlichen zylindrischen, anisotropen, in einer magnetischen Vorzugsrichtung diametral magnetisierten Dauermagnetkörper mit vier oder mehr über den Zylinderumfang verteilten radialen Magnetpolen und einer den Dauermagnetkörper durchsetzenden Rotorachse besteht, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Dauermagnetkörper aus wenigstens zwei Teilen zusammengesetzt ist und aus Pulvermagnetwerkstoff besteht, daß die Teile mit einer Nut zur Aufnahme der Rotorachse versehen sind und für sich mit einer quer zur Trennfuge liegenden Preßrichtung gepreßt, in der dadurch erzielten magnetischen Vorzugsrichtung magnetisiert und zusammen mit der Rotorachse durch Klebbefestigung zu dem fertigen Rotor zusammengesetzt sind.
2. 2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (1, 2; 4, 5; 13, 14) des Dauermagnetkörpers zur Schaffung eines zusätzlichen Polpaares an ihren einander zugewandten Flächen gleichnamig polarisiert sind (Fig. 1, 2, 5). 3. Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Teilen (4, 5; 13, 14) des Dauennagnetkörpers ein Blech (6; 15) aus weichmagnetischem Material eingefügt ist, das mit den Teilen (4, 5; 13, 14) verklebt ist und den magnetischen Fluß der an der Trennfuge einander gegenüberliegenden, gleichnamigen Pole bündelt und nach außen leitet (F i g. 2, 5). 4. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (4, 5, 7, 8, 13, 14) des Dauermagnetkörpers mit quer zu der Trennfuge verlaufenden Abflachungen versehen sind. 5. Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile des Dauermagnetkörpers am Umfang zwischen aufeinanderfolgenden Polen Aussparungen aufweisen. 6. Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisenblech (6, 15) über die Ab- flachung radial nach außen vorsteht. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 949 415; deutsche Auslegeschrift Nr. 1131336; »Deutsche Elektrotechnik«, H. 12, 1957, S. 518 bis 528; »Technische Mitteilungen Krupp«, Nr. 1, 1956, S. 2 bis 11; Druckschrift »Dauermagnete, Standardformen« der Deutschen Edelstahlwerke, Ausgabe Januar 1961.