DE19918521B4

DE19918521B4 - Anordnung zur Befestigung von Permanentmagnetsegmenten

Info

Publication number: DE19918521B4
Application number: DE19918521A
Authority: DE
Inventors: Gerlinde Roth
Original assignee: Buehler Motor GmbH
Current assignee: Buehler Motor GmbH
Priority date: 1999-04-06
Filing date: 1999-04-23
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2019-04-24
Also published as: DE19918521A1

Abstract

Anordnung zur Befestigung von Permanentmagnetsegmenten (2) in einem Rückschlussteil (1) eines Elektromotors mit Hilfe von mindestens einer Befestigungsfeder (3) mit einem Mittelteil (4) und daran anschließenden an Innenkanten (21) abgebogenen und durch Außenkanten (17) begrenzten rechteckigen Seitenteilen (5), welche aus zwei Teilflächen (19, 20) bestehen die von einer parallel zum Mittelteil (4) verlaufenden, der Länge der Befestigungsfeder (3) entsprechende Knickkante (7) begrenzt sind, an welche beide Teilflächen (19, 20) anschließen, wobei die Enden der Permanentmagnetsegmente (2) zwei winklig zueinander angeordnete, an einer gemeinsamen Kante (6) anschließende Flächen (8, 9) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundform des Mittelteils (4) der Befestigungsfeder (3) trapezförmig oder dreieckförmig ist, so dass die Innenkanten (21) spitzwinklig zueinander verlaufen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Befestigung von Permanentmagnetsegmenten (2) in einem Rückschlussteil (1) eines Elektromotors mit Hilfe von mindestens einer Befestigungsfeder (3) mit einem Mittelteil (4) und daran anschließenden an Innenkanten (21) abgebogenen und durch Außenkanten (17) begrenzten rechteckigen Seitenteilen (5), welche aus zwei, Teilflächen (19, 20) bestehen die von einer parallel zum Mittelteil (4) verlaufenden, der Länge der Befestigungsfeder (3) entsprechende Knickkante (7) begrenzt sind, an welche beide Teilflächen (19, 20) anschließen, wobei die Enden der Permanentmagnetsegmente (2) zwei winklig zueinander angeordnete, an einer gemeinsamen Kante (6) anschließende Flächen (8, 9) aufweisen.

Aus der WO 96/38900 A1 ist eine gattungsbildende Anordnung zur Befestigung von Permanentmagnetsegmenten bekannt. Hierbei ist das Mittelteil rechteckförmig ausgebildet und die Seitenteile verlaufen parallel zueinander. Durch diese Anordnung ist die Montage der Befestigungsfedern sehr schwierig, insbesondere, wenn die Haltekräfte der Befestigungsfedern groß sein müssen. Daher können hier nur relativ weiche Befestigungsfedern mit vertretbarem Aufwand montiert werden. Um dennoch ein sicheres Halten zu ermöglichen und ein Verschieben der Feldmagnete in Umfangsrichtung zu verhindern, sind im Ständergehäuse durch Einschnitte hergestellte laschenartige Aufnahmen vorgesehen, durch welche die Befestigungsfedern gehalten werden. Dies erschwert die Montage, weil jeweils die richtige Zuordnung gefunden werden muss.

Die EP 0 058 234 A1 versucht die Nachteile dieser Haltevorrichtung teilweise dadurch zu umgehen, dass die Federelemente an ihrem Mittelteil seitlich abstehende Lappen aufweisen, mit denen die Federelemente in am Umfang der Ständerbohrung vorgesehene Hinterschneidungen eingeschoben sind. Auch hier sind zusätzliche Fertigungsschritte notwendig, um die Hinterschneidungen herzustellen und die Montageschritte aufwendig.

Bei bekannten Befestigungsanordnungen für Permanentmagnete ist es in der Regel auch notwendig die Permanentmagnete zusätzlich durch Kleben zu fixieren. Bei anderen Befestigungsanordnungen ruhen die Magnete auf dünnen Metallringen. Diese vergrößern jedoch den Widerstand der magnetischen Kreise im Elektromotor.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Anordnung zur Befestigung von Permanentmagneten bereitzustellen, die mit möglichst wenigen verschiedenen, einfach aufgebauten und leicht montierbaren Bauteilen auskommt, ohne dass die Betriebssicherheit gefährdet und der Wirkungsgrad des Elektromotors reduziert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Grundform des Mittelteils (4) der Befestigungsfeder (3) trapezförmig oder dreieckförmig ist, so dass die Innenkanten (21) spitzwinklig zueinander verlaufen. Durch die trapezförmige oder dreieckförmige Form des Mittelteils wird erreicht, dass ein Ende der Befestigungsfeder relativ schmal und das andere Ende relativ breit ausgebildet ist. Dadurch können unterschiedliche Toleranzverhältnisse der zu befestigenden Permanentmagnetsegmente ausgeglichen werden. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass trotz der keilförmigen Befestigungsfeder eine großflächig wirkende Haltekraft auf die Permanentmagnete übertragbar ist. Es hat sich weiter gezeigt, dass auch relativ steife Haltefedern einfach montierbar sind.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen dargestellt. Der Winkel zwischen den Seitenteilen ist zwischen 8° und 14 gewählt. Bei größerem Winkel wird keine großflächige Anlage zwischen der Befestigungsfeder und den Permanentmagnetsegmenten zustande kommen und bei kleinerem Winkel wird keine ausreichende Kraft erzeugt, oder die Montage erschwert.

Die vorgeschlagene Anordnung zur Befestigung von Permanentmagnetsegmenten bietet für die Befestigung von vier Permanentmagnetsegmenten die größten Vorteile, weil hier größere Toleranzen möglich sind und die Montage generell schwieriger ist. Durch gleichmäßige Verteilung der Permanentmagnetsegmente auf den Innenumfang des Rückschlussteils sind Beeinträchtigungen der Motorkennlinie und des Geräuschverhaltens nicht zu erwarten, insbesondere sind diese nicht in dem Maße von den Toleranzen der Permanentmagnetsegmente abhängig, wie bei Anordnungen, bei denen feste Anschläge im Rückschlussteil vorgesehen sind.

Eine wirtschaftliche Fertigung des Rückschlussteils wird durch Tiefziehen erreicht. Dieses Rückschlussteil ist zusammen mit den Permanentmagnetsegmenten und der Befestigungsfeder vorzugsweise wesentlicher Bestandteil des Läufers eines bürstenlosen Außenläufermotors. Gerade hier wirkt sich die gleichmäßige Verteilung der Permanentmagnetsegmente im Rückschlussteil günstig auf die Auswuchteigenschaften des Außenläufers aus. Zumindest erleichtert diese Anordnung die Auswuchtbarkeit wesentlich, da nur geringe Materialmengen hinzugefügt oder weggenommen werden müssen.

Im Rahmen der Erfindung kann das Rückschlussteil zusammen mit den Permanentmagnetsegmenten und der mindestens einen Befestigungsfeder auch wesentlicher Bestandteil eines Stators eines Kommutatormotors sein.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Breiten der trapez- bis dreieckförmigen Mittelteile so gewählt sind, dass eine kürzere Seite (13) stets schmaler ist als eine Lücke zwischen den Permanentmagnetsegmenten und eine längere Seite stets breiter als die Lücke zwischen zwei Permanentmagnetsegmenten ist. Die schmalere Seite dient als Einführhilfe, die nicht zur Bildung und/oder zur Übermittlung der Haltekraft auf die Permanentmagnetsegmente beiträgt. Da aber die längere Seite stets breiter als die Lücke ist, ist für alle Toleranzverhältnisse mindestens eine Stelle an der Feder vorhanden, die eine Haltekraft ausübt und/oder übermittelt.

Um zu vermeiden, dass ein Teil einer Befestigungsfeder in den Luftspalt oder darüber hinaus ragt, ist der Abstand zwischen Außenkanten der Seitenteile und der Knickkante und/oder dem Mittelteil zur längeren Seite hin geringer.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Winkel der Teilflächen (19, 20) der Seitenteilen (5) zueinander, sowie die Winkel der spitzwinklig zueinander verlaufenden Innenkanten, der Knickkanten (7) und der Außenkanten (17) über die Länge der Befestigungsfeder (3) verschieden, dadurch kann ein ausreichend großer Bereich beschrieben werden, der mit Sicherheit eine Haltekraft auf die Permanentmagnetsegmente ausübt und/oder übermittelt.

Zwischen der schmalen Seite und dem bleibend verformten Bereich ist im montierten Zustand stets auch ein Abschnitt der Seitenteile vorhanden, der elastisch, jedoch nicht bleibend abgebogen ist. Dieser Abschnitt vergrößert den Abschnitt, der die Haltekraft auf die Permanentmagnetsegmente ausübt und/oder übermittelt.

Vorzugsweise ist bei der Haltefeder in einem montierten Zustand stets ein Abschnitt der Seitenteile vorhanden, der bleibend abgebogen ist, ein Abschnitt der nicht abgebogen ist und ein Abschnitt, der elastisch, jedoch nicht bleibend abgebogen ist. Da der Abschnitt, der nicht abgebogen ist relativ kurz ist und der wesentlich größere Abschnitt die Haltekraft ausübt und/oder überträgt, ist es möglich auf sehr einfache Weise eine prozesssichere und dauerhafte Befestigung der Permanentmagnetsegmente im Rückschlussteil zu erreichen.

Vorzugsweise werden vier Befestigungsfedern vorgesehen um die gleichmäßige Verteilung der Permanentmagnetsegmente aufrechtzuerhalten, es besteht jedoch auch die Möglichkeit mit zwei Befestigungsfedern auszukommen, insbesondere wenn, wie bei bekannten Motoren, zwei Distanzstücke vorgesehen werden, die einander gegenüberliegend an der Innenseite des Rückschlussteils angeordnet sind und jeweils zwei Permanentmagnetsegmente abstützen. Hierdurch können die Permanentmagnetsegmente einerseits eine definierte Stellung am Umfang des Rückschlussteils einnehmen und andererseits kann die Haltekraft, falls erforderlich, weiter erhöht werden, insbesondere, falls die Distanzstücke am Rückschlussteil fixiert sind und die Permanentmagnetsegmente von den Distanzstücken formschlüssig gehalten werden.

Zweckmäßigerweise ist mindestens eine Befestigungsfeder mit einer Ausnehmung versehen, die zur Aufnahme eines Montagewerkzeugs dient. Dies erleichtert die Montage erheblich.

Besonders wirtschaftlich ist die Montage von nur einer Montagerichtung aus, weil hierbei Handhabungszeiten entfallen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Explosionsdarstellung eines Läufers eines bürstenlosen Gleichstrommotors,

2 eine vereinfachte Schnittdarstellung des montierten Läufers, wobei die Schnittebene in der Nähe eines Endes von Befstigungsfedern verläuft (Schnitt nur durch die Befestigungsfedern,

3 eine vereinfachte Schnittdarstellung des montierten Läufers, wobei die Schnittebene etwa in der Mitte der Befestigungsfedern verläuft (Schnitt nur durch die Befestigungsfedern),

4 eine vereinfachte Draufsicht auf die Läuferachse und auf ein zweites Ende der Befestigungsfedern und

5 eine dreidimensionale Darstellung einer eingebauten Befestigungsfeder.

1 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Läufers 10 eines bürstenlosen Außenläufermotors, mit einem Rückschlussteil 1, das als topfförmiges Tiefziehteil ausgebildet ist, vier Permanentmagnetsegmenten 2 und vier Befestigungsfedern 3 zur Befestigung der Permanentmagnetsegmente 2, wobei jede Befestigungsfeder 3 aus einem trapezförmigen, eine schmale Seite 13, eine breite Seite 12 und eine Ausnehmung 18 aufweisendes Mittelteil 4 und zwei mit einer Knickkante 7 versehenen rechteckförmigen Seitenteilen 5 besteht und die Permanentmagnete 2 mit zwei abgewinkelten Flächen 8, 9 versehen sind, die miteinander einen stumpfen Winkel bilden und eine gemeinsame Kante 6 aufweisen. Die Knickkanten 7 verlaufen parallel zu Außenkanten 17 der beiden Seitenteile 5. Zwischen den Kanten 6 der Permanentmagnetsegmente 2 befinden sich Lücken 11, die größer sind als die schmalen Seiten 13 der trapezförmigen Mittelteile 4 der Befestigungsfedern 3.
2 zeigt eine vereinfachte Schnittdarstellung des Läufers 10, mit den vier im Rückschlussteil 1 montierten Permanentmagnetsegmenten 2, wobei die Schnittebenen in der nähe eines Endes der Befestigungsfedern 3 verlaufen (Schnitt nur durch die Befestigungsfedern), in denen die schmalen Seiten 13 der Befestigungsfedern 3 in den Lücken 11 angeordnet sind, wobei die schmalen Seiten 13 kleiner sind als die Lücken 11 und daher weder elastisch noch bleibend abgebogen sind.
3 zeigt eine vereinfachte Schnittdarstellung desselben Läufers 10, wobei die Schnittebenen in etwa in der Mitte der Befestigungsfedern 3 verlaufen (Schnitt nur durch die Befestigungsfedern), in denen die Mittelteile 4 der Befestigungsfedern 3 eine mittlere Breite aufweisen, in der die Seitenteile 5 elastisch abgebogen sind. Die Seitenteile 5 schmiegen sich hier optimal an die Fläche 9 der Permanentmagnetsegmente 2 an.
4 zeigt eine vereinfachte Draufsicht auf die Läuferachse und auf das zweite breitere Ende 12 der Befestigungsfedern 3, wobei die Seitenteile 5 bleibend abgebogen sind.
5 zeigt eine dreidimensionale Darstellung einer Befestigungsfeder 3 im eingebauten Zustand, mit dem Rückschlussteil 1, zwei Permanentmagnetsegmenten 2 und der Befestigungsfeder 3, wobei die Befestigungsfeder 3 einen Abschnitt 15 aufweist, der durch den Einbau nicht verformt ist, einen Abschnitt 16, der elastisch verformt ist und einen Abschnitt 14, der bleibend verformt ist. Die Lage und Breite der einzelnen Abschnitte ist abhängig von den Toleranzverhältnissen der Permanentmagnetsegmente 2 und der Befestigungsfedern 3 selbst. Es ist nicht unbedingt nötig, dass ein Abschnitt 14 vorhanden ist. Die Abschnitte 15, 16 und 14 und deren Krümmungen gehen stetig ineinander über, daher können ggfs. auch die Seitenteile des Abschnitts 15 nach außen gezogen werden, falls die Spannungsverhältnisse innerhalb des Federmaterials dies erfordern.

Claims

Anordnung zur Befestigung von Permanentmagnetsegmenten (2) in einem Rückschlussteil (1) eines Elektromotors mit Hilfe von mindestens einer Befestigungsfeder (3) mit einem Mittelteil (4) und daran anschließenden an Innenkanten (21) abgebogenen und durch Außenkanten (17) begrenzten rechteckigen Seitenteilen (5), welche aus zwei Teilflächen (19, 20) bestehen die von einer parallel zum Mittelteil (4) verlaufenden, der Länge der Befestigungsfeder (3) entsprechende Knickkante (7) begrenzt sind, an welche beide Teilflächen (19, 20) anschließen, wobei die Enden der Permanentmagnetsegmente (2) zwei winklig zueinander angeordnete, an einer gemeinsamen Kante (6) anschließende Flächen (8, 9) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundform des Mittelteils (4) der Befestigungsfeder (3) trapezförmig oder dreieckförmig ist, so dass die Innenkanten (21) spitzwinklig zueinander verlaufen.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen den Innenkanten (21) im Bereich zwischen 8° und 14° liegt.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vier Permanentmagnetsegmente (2) vorgesehen sind, die gleichmäßig am Innenumfang des Rückschlussteils (1) angeordnet und durch zumindest zwei Befestigungsfedern (3) gehalten sind.
Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlussteil (1) zusammen mit den Permanentmagnetsegmenten (2) und der mindestens einen Befestigungsfeder (3) wesentlicher Bestandteil des Läufers eines bürstenlosen Außenläufermotors ist.
Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlussteil (1) zusammen mit den Permanentmagnetsegmenten (2) und der mindestens einen Befestigungsfeder (3) wesentlicher Bestandteil eines Stators eines Kommutatormotors ist.
Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breiten der trapez- oder dreieckförmigen Mittelteile (4) so gewählt sind, dass eine kürzere Seite (13) stets schmaler ist als eine Lücke (11) zwischen den Permanentmagnetsegmenten (2) und eine längere Seite (12) stets breiter als die Lücke (11) zwischen zwei Permanentmagnetsegmenten (2) ist.
Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Außenkanten (17) der Seitenteile (5) und der Knickkante (7) und/oder dem Mittelteil (4) zur längeren Seite (12) hin geringer wird.
Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der Teilflächen (19, 20) der Seitenteile (5) zueinander, sowie die Winkel der spitzwinklig zueinander verlaufenden Innenkanten, der Knickkanten (7) und der Außenkanten (17) über die Länge der Befestigungsfeder (3) verschieden sind.
Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vier Befestigungsfedern vorgesehen sind.
Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Befestigungsfedern (3) vorgesehen sind.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Distanzstücke vorgesehen sind, die einander gegenüberliegend an der Innenseite des Rückschlussteils (1) angeordnet sind und jeweils zwei Permanentmagnetsegmente (2) abstützen.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzstücke am Rückschlussteil fixiert sind.
Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Befestigungsfeder (3) mit einer Ausnehmung (18) versehen ist, die zur Aufnahme eines Montagewerkzeugs dient.
Verfahren zur Montage einer Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsfeder (3) und die übrigen in das Rückschlussteil (1) zu montierenden Bauteile oder Baugruppen in der gleichen Richtung montiert werden.
Befestigungsfeder (3) für die Befestigung von Permanentmagnetsegmenten (2) in einem Rückschlussteil (1) eines Elektromotors; bestehend aus einem Mittelteil (4) mit daran anschließenden, an Innenkanten (21) abgebogenen Seitenteilen (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Grundform des Mittelteils (4) der Befestigungsfeder (3) trapez- oder dreieckförmig ist und die Seitenteile (5) spitzwinklig zueinander verlaufen.
Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenteile (5) im wesentlichen rechteckförmig ausgebildet sind.