DE1808763A1

DE1808763A1 - Runner for electric flat motor

Info

Publication number: DE1808763A1
Application number: DE19681808763
Authority: DE
Inventors: Dr Guenther Heimke
Original assignee: DEUTSCHE STEINZEUG
Current assignee: DEUTSCHE STEINZEUG
Priority date: 1968-11-14
Filing date: 1968-11-14
Publication date: 1970-06-11

Description

"Läufer für elektrischen Flachmotor" Elektrische Flachmotore, die auch Schaeibenläufer-Motore genannt werden, sind seit einigen Jahren bekannt. Sie bestehen meist aus einer scheibenförmigen Magnetanordnung, bei der die Magnetpole gleichmäßig auf der Stirnseite der Scheibe so verteilt sind, daß bei einem Umlauf wechselnd Nord- und Südpolin gleichem Abstand aufeinander folgen. Der Magnetpolarordnung steht entweder mit einem Luftspalt dazwischen ein Weicheisenrückschlußteil gegenüber oder eine zweite entsprechend magnetisierte Magnetanordnung, wobei jeweils ein Nordpol der ersteren einem Südpol der zweiten Magnetanordnung gegenüber steht. In dem Luftspalt zwischen beiden Magneten oder dem Magneten und der Rückschlußplatte ist die Läuferscheibe angeordnet, die ihrerseits auf einer Achse befestigt ist. "Runner for flat electric motors" Flat electric motors, the Disc rotor motors have also been known for a number of years. she usually consist of a disk-shaped magnet arrangement in which the magnetic poles are evenly distributed on the face of the disc so that with one revolution alternating north and south poles at the same distance. The magnetic polar order either stands opposite a soft iron back yoke part with an air gap in between or a second correspondingly magnetized magnet arrangement, each with a north pole the former faces a south pole of the second magnet arrangement. In the air gap The carrier is located between the two magnets or the magnet and the return plate arranged, which in turn is mounted on an axis.

Diese Achse trägt in üblicher Art und Weise die Mittel zur Stromzufuhr zum Anker. Läuferscheibe und Achse bilden zusamen den Anker oder Läufer dieses Motors.This axis carries the means for power supply in the usual way to the anchor. Carrier disk and axle together form the armature or rotor of this motor.

Als Dauermagnetmaterial für derartige Motore werden die metallischen Magnetlegierungen aus Aluminium, Nickel, Kobalt und Ei sen nebst ei.niaen Zusätzen eingesetzt. Dauermagnete aus diesen Legierungen haben eine Curie-Temperatur von etwa 8500C und können bis etwa 450°C längere Zeit ohne bleibenden Verlust an magnetischer I Leistungsfähigkeit gebraucht werden. Itieben diesen metallischen Dauermagnetwerkstoffen werden auch oxidkeramische Dauermagnetwerkstoffe im allgemeinen aus Barium-, Stronzium-und/oder Bleiferrit für solche Motoren eingesetzt.As a permanent magnet material for such motors, the metallic Magnetic alloys made of aluminum, nickel, cobalt and iron along with a few additives used. Permanent magnets made from these alloys have a Curie temperature of around 8500C and can last up to 450 ° C for a longer period of time without permanent loss of magnetic properties I efficiency are needed. It drives these metallic permanent magnet materials oxide ceramic permanent magnet materials are also generally made of barium, stronzium and / or Lead ferrite used for such engines.

Die Curie-Temperatur dieser Dauermagnetwerkstoffe beträgt etwa nun 450°C. Wegen der stärkeren Abnahme der magnetischen Eigenschaften mit steigender Temperatur können Motoren, die mit derartirren oxidkeramischer Dauermacrnetwerkstoffen erhalb von sind, im allgemeinen nur bis zu Temperaturen wenig oberhalb von 200°C wirtschaftlich eingesetzt werden.The Curie temperature of these permanent magnet materials is about now 450 ° C. Because of the greater decrease in the magnetic properties with increasing Motors that are made with such insane oxide ceramic permanent macrnet materials are below, in general only up to temperatures a little above 200.degree can be used economically.

Bei den bisherigen Konstruktionen bestand die Läuferscheibe im allgemeinen aus KJunststoff. Diese Kunststoffscheibe diente als Träger für die Leiterbahnen für den elektrischen Strom. Die Leiterbahnen bestehen meist aus Kupfer oder anderen elektrisch crutleitenden Werkstoffen. Es sind auch schon Konstruktionen bekannt, bei denen die Leiterbahnen mit Kunststoffisolationszwischenschichten zusammengepreßt worden sind, wobei dann die mechanische Stabilität der Scheibe im wesentlichen von den Leiterbahnen selbst gewährleistet wiirde.In the previous designs, the carrier was generally present made of plastic. This plastic disc served as a carrier for the conductor tracks for the electric current. The conductor tracks usually consist of copper or other electrically conductive materials. There are also already known constructions in which the conductor tracks are pressed together with intermediate plastic insulation layers have been, in which case the mechanical stability of the disk is essentially of the conductor tracks themselves would be guaranteed.

All diese bisherigen Konstruktionen haben den Nachteil, daß organische Isolationswerkstoffe benutzt werden mußten, die eine Temperaturbeständigkeit von nur etwa 200° besitzen. Die Belastbarkeit derartiger Motoren war daher durch die thermische Stabilität des Läufers nach oben begrenzt. Tm allgemeinen konnten Tläufertemoeraturen von mehr als 1500 nicht zugelassen werden.All these previous constructions have the disadvantage that organic Insulation materials had to be used that have a temperature resistance of only have about 200 °. The resilience of such engines was therefore due to the thermal stability of the rotor limited upwards. In general, Tlaufertemoeratur could of more than 1500 will not be admitted.

Erfindungsgemäß kann diese Temperaturschranke dadurch überwunden werden, daß als Werkstoff für die Läuferscheibe keramische Materialien benutzt werden, Diese keramischen Werkstoffe können als Träger für die elektrischen Leiterbahnen und zugleich als Isolationswerkstoff zwischen jeweils zwei benachbarten Leiterbahnen benutzt werden. Dies ergibt den Vorteil, daß die gesamte Läuferscheibe und gegebenenfarls auch noch ein Teil des Läuferschaftes bzw. der Achse frei von jeglichen oraanischen Isolierstoffen gehalten werden kann.According to the invention, this temperature barrier can be overcome by that ceramic materials are used as the material for the carrier, these Ceramic materials can be used as a carrier for the electrical conductor tracks and at the same time used as an insulation material between two adjacent conductor tracks will. This gives the advantage that the entire Carrier and possibly also a part of the rotor shaft or the axis free of any Oraanic insulating materials can be kept.

Bei Flachmotoren, die mit erfindungsaemäßen Läuferscheiben ausuerüstet sind, können diese Läuferscheiben Temperaturen oberhalb 200° annehmen, ohne daß die Funktionsfähigkeit des Motors dadurch gestört wird. Die obere Temperaturgrenze zum Betrieb dieser Motoren ist nicht mehr durch die I Läufwerscheibe gegeben, sondern durch die Curie-Temperatur der benutzten Magnetwerkstoffe bzw. die Temperaturen, bis zu denen diese Magnetwerkstoffe belastet werden können, ohne irreversible Magnetisierungsverluste zu erleiden.For flat motors that are equipped with carriers according to the invention are, these carriers can assume temperatures above 200 ° without the functionality of the engine is disturbed. The upper temperature limit to operate these motors is no longer given by the I carrier disc, but by the Curie temperature of the magnetic materials used or the temperatures, up to which these magnetic materials can be loaded without irreversible magnetization losses to suffer.

Als keramischer Werkstoff für die Läuferscheibe kommen eirmal weichmagnetische keramische Werkstoffe in Frage. Derartiqe weichmagnetische keramische WerkstoPfe haben den Vorteil, daß der wirksame Luftspalt in dem Dauermagnetsystem des Ma tors um die Dicke dieser Läuferscheibe gemessen in Richtung der magnetischen Feldlinien verkürzt wird. Da die keramischen weichmagnetischen Werkstoffe einen hohen elektrischen Widerstand haben, können in ihrer keine oder nur vernachlässigbar kleine Wirbelströme entstehen. Die Lamellierung, die bei metallischen Werkstoffen für die Anker von rotoren zur Verhinderung der Wirbelstrombildung notwendig ist, kann also bei Verwendung von oxidkeramishen weichmagnetischen erkstoffen entfallen.Soft magnetic materials are used as the ceramic material for the carrier disc ceramic materials in question. Such soft magnetic ceramic materials have the advantage that the effective air gap in the permanent magnet system of the Ma sector around the thickness of this carrier, measured in the direction of the magnetic field lines is shortened. Since the ceramic soft magnetic materials have a high electrical Have resistance, no eddy currents or only negligibly small eddy currents develop. The lamination that is used in metallic materials for the anchors of rotors to prevent eddy currents is necessary, so when using of oxide ceramic, soft magnetic materials are not required.

Bekanntlich durchläuft die Permeabilität eines weichmagnetischen keramischen Werkstoffes beim Auftragen über der Temperatur dicht unter der Curie-Temperatur ein Maximum. Es hat sich nun als besonders günstig erwiesen, dem weichmagnetischen Werkstoff so zu wählen, daß die Temperatur dieses Permeabilitätsmaximums mit der Temperatur übereinstimmt, die die Läuferscheibe im therm.ischen Gleichgewicht bei normalem Betriebszustand annimmt In all den Fällen, in denen man auf die Verkürzung des maanetischen Luftspaltes keinen rTert leat, haben sich Läuferscheiben aus Aluminiumoxidkeramik mit mehr als 85% Al2O bestehens bewährt. Dieser Werkstoff zeichnet sich neben seiner sehr guten Temperaturbeständigkeit (bis wweit über 1000°C), durch seinen hohen elektrischen Widerstand aus Dieser elektrische Widerstand beträgt noch bei 5000 C mehr als 1010 ##cm. Er hat die für einen keramischen Werkstoff sehr gute Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,05 cal/cm°C sec.It is known that the permeability of a soft magnetic ceramic passes through Material when applied above the temperature just below the Curie temperature a maximum. It has now proven to be particularly favorable, the soft magnetic one To choose material so that the temperature of this maximum permeability with the Temperature corresponds to that of the carrier in thermal equilibrium normal operating condition assumes In all the cases in which one on the shortening of the mechanical air gap no leat, carriers made of aluminum oxide ceramic have with more than 85% Al2O pass proven. This material stands out alongside his very good temperature resistance (up to over 1000 ° C), thanks to its high electrical power Resistance off This electrical resistance is still more than 1010 at 5000 C ##cm. For a ceramic material it has a very good thermal conductivity of about 0.05 cal / cm ° C sec.

b besitzt darüber hinaus eine ausgezeichnete mechanische Stabilität. Tn den Fällen, in denen es ganz besonders auf schnelle Wärmeabfuhr aus den elektrischen Leiterbahnen der Läuferscheibe ankommt, wird die Verwendung von Be0-Oxidkeramik günstig. Sie besitzt ähnlich günstige elektrische nd mechanische Eiqenschaften wie die Aluminiumoxidkeramik, hat iedoch darüber hinaus eine zehnmal größere thermische Leitfähigkeit.b also has excellent mechanical stability. In those cases in which there is a particular need for rapid heat dissipation from the electrical Conductor tracks of the carrier arrives, the use of Be0 oxide ceramics cheap. It has similarly favorable electrical and mechanical properties as The aluminum oxide ceramic, however, also has a ten times greater thermal Conductivity.

Zum Aufbringen der Leitbahnen auf die keramische Läuferscheibe können alle in der keramischen Technologie üblichen Auftragverfahren benutzt werden, so z.B. das Verfahren'des Siebdrucks und des Aufdampfens in einem Hochvakuum . Eine besonders günstige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leiterscheibe besteht darin, daß zunächst eine Grundmetallisierung mit üblichen Verfahren aufgetragen und eingebrannt wird. Auf diese Grundmetallisierung werden dann die eigentlichen Leitfähigkeitsmaterialien aufgebracht. In diesem Zustand besteht also die erfindungsgemäße Leiterscheibe aus dem Keramikgrundkörper, dem Evstem der Leiterbahnen, die ihrerseits wieder aus 2 Lagen bestehen, einmal der Grundmetallisierung und darüber einer Metallschicht aus gutleitendem Metall, das zugleich bei dem Gebrauchstemperaturen des Läufers, also Temperaturen vor oberhalb 200°C, sauerstoffbeständig ist.To apply the interconnects to the ceramic carrier, you can all application methods customary in ceramic technology are used, see above e.g. the process of screen printing and vapor deposition in a high vacuum. One particularly favorable embodiment of the conductor disk according to the invention consists in that first a base metallization is applied and baked in using conventional methods will. The actual conductivity materials are then placed on this base metallization upset. In this state, the conductor disk according to the invention consists of the ceramic base body, the evstem of the conductor tracks, which in turn come from 2 Layers consist of the base metallization and a metal layer on top good conductive metal, which at the same time at the service temperature of the runner, so Temperatures above 200 ° C, is resistant to oxygen.

Geeignete Werkstoffe hierfür sind z. B. Kupfer, Silber, Gold, Platin und deren Legierungen untereinander und mit anderen Metallen.Suitable materials for this are z. B. copper, silver, gold, platinum and their alloys with one another and with other metals.

In den meisten Fällen wird es jedoch genügen, die Leiterbahnen aus Metall mit den vorstehend genannten Eigenschaften direkt auf der Keramik aufzubringen. Metallisierpasten derartiger Metalle sind im Handel erhältlich und die Auftragsverfahren jedem Fachmann bekannt. Auch das Aufbringen der Leiterbahnen mittels Vakuumbedampfung ist in manchen Fällen nützlich.In most cases, however, it will be sufficient to remove the conductor tracks To apply metal with the properties mentioned above directly to the ceramic. Metallizing pastes of such metals are commercially available and the application methods known to any person skilled in the art. Also the application of the conductor tracks by means of vacuum vapor deposition is useful in some cases.

Die hierfür üblichen Verfahren sind den Fachleuten bekannt.The methods customary for this are known to those skilled in the art.

zur Erläuterung des Erfindungsgegenstandes zeigt Figur 1 in schematischer Darstellung den Scheibenläufermotor. In der auseinandergezogenen Anordnung bedeuten 1 eines der beiden Dauermagnetsysteme, die in diesem Falle aus metallischen Dauermagneten zusammengesetzt sind. Nr. 2 zeigt die LäuFerscheibe, Nr. 3 die Achse der Läuferscheibe, welche die Mittel zur Stromzufuhr trägt. Nr. 4 zeigt das zweite Dauermagnetsystem nnd Nr. 5 enthält die Mittel ziim elektrischen Anschließen des Motors. Nr. 6 stellt eine Abdeckscheibe dar. In Figur 2 ist diese LäuFerscheibe heraus gezeichnet und in Draufsicht. drrrestellt. Dabei soll die weiße Grundfläche den keramischen Präqerkörner darstellen während die schwarzen Striche darauf das System der elektrischen Leiterbahnen darstellt. Der keramische Grundkörper ist mit 7 bezeichnet, eine der Läuferbahnen mit 8.To explain the subject matter of the invention, FIG. 1 shows a schematic Representation of the pancake motor. In the expanded arrangement mean 1 one of the two permanent magnet systems, which in this case consist of metallic permanent magnets are composed. No. 2 shows the carrier disk, No. 3 the axis of the carrier disk, which carries the means for power supply. No. 4 shows the second permanent magnet system and No. 5 contains the means for connecting the motor electrically. No. 6 represents a cover disk. In Figure 2, this rotor disk is drawn out and in plan view. drrrestellt. The white base should be the ceramic embossing grains while the black lines on it represent the system of electrical conductors represents. The ceramic base body is denoted by 7, one of the rotor tracks with 8.

Figur 3 zeigt dieselbe LäuFerscheibe im Schnitt. Auch hier bedeutet die Zahl 7 den keramischen Trägerkörper der Scheibe und die Zahl 8 die Leiterbahn auf der Scheibe. Die Scheibendicke kann bei Ausführung in Al2O3- oder BeO-Oxidkeramnik z. b. 0,1 mm betragen.Figure 3 shows the same rotor disk in section. Also here means the number 7 the ceramic carrier of the disc and the number 8 the conductor track on the disc. The thickness of the pane can be varied when using Al2O3 or BeO oxide ceramics z. b. 0.1 mm.

9 Patentansprüche9 claims

Claims

P a t e n t a n t a n s p r ü c h e 1. Rotor for electric flat motor with conductor tracks attached to the LäuPer, characterized in that the carrier disc consists of a ceramic material as a carrier of the conductor tracks.

9. runner for flat electric motor according to claim 1, characterized in that that the ceramic carrier material of the carrier disc also provides the electrical insulation ie two adjacent conductor tracks and no other insulation materials can be used on the carrier.

3. rotor for electric flat motor according to claim 1 and 2, characterized characterized that the runner also at temperatures above 200 ° C, up to the Curie temperature the magnetic materials used in the rotor remain stable.

4. rotor for electric flat motor according to claim 1, 2 and 3, characterized characterized in that the carrier is made of a soft magnetic ceramic material consists.

5. rotor for electric flat motor according to claim 4, characterized in that that the soft magnetic ceramic material has its maximum permeability in the Has the temperature range in which the carrier disk is in normal operating condition is located.

6. rotor for electric flat motor according to claim 1, 2 and 3, characterized characterized in that the carrier disc Alumina ceramic with consists of more than 85% Al2O3.

7. rotor for electric flat motor according to claim 1, 2 and 3, characterized q indicates that the carrier S consists of BeO oxide ceramic.

8. rotor for electric flat motor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the conductor tracks on the carrier disk from a Base metallization firmly adhering to the ceramic and possibly baked onto it insist on being electrically conductive and at the same time at temperatures above Metals resistant to air at 2000 C such as copper, silver, gold, platinum or their alloys are upset.

9. Runner for electric flat motor hach claim 4 4 to 7, characterized in that the conductor tracks consist of an electrically good conductive and at the same time at temperatures above 2000 C in air resistant metals or one Metal alloy and are attached directly to the ceramic.