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Die Erfindung betrifft eine Magnetelementhaltevorrichtung eines Elektromotors sowie einen Rotor eines Elektromotors mit mindestens einer Magnetelementhaltevorrichtung.
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Bei der Positionierung und Befestigung von Magneten im Rotor von Elektromotoren sind verschiedene Lösungen üblich. Beispielsweise werden bei Außenläufermotoren die Magnete häufig an der Innenwand des Rotors verklebt. Hierbei ist jedoch der Montageaufwand hoch. Zudem sind Fehler bei der Positionierung und Auswahl der Permanentmagnetelemente nicht ausgeschlossen, die zu einer unkorrekten Orientierung der einzelnen Magnetelemente führt. Ein einmal falsch verklebtes Magnetelement kann nur durch erhöhten Aufwand wieder korrigiert werden.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Magnetelementhaltevorrichtung bereitzustellen, die eine Vorabmontage der Magnetelemente ermöglicht, die als Ganzes an dem Rotor befestigbar ist. Die Magnetelementhaltevorrichtung soll dabei in dem Rotor positionsfest festlegbar sein.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird eine Magnetelementhaltevorrichtung mit einem Träger gebildet aus einer Rahmenkonstruktion vorgeschlagen, wobei der Träger mindestens einen Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme mindestens eines Magnetelements aufweist. Die Magnetelementhaltevorrichtung umfasst zudem Haltemittel zum positionsfesten Halten des mindestens einen Magnetelements innerhalb des mindestens einen Aufnahmeabschnitts.
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Die Magnetelementhaltevorrichtung umfasst in einer erfindungsgemäßen Ausführung zudem außenrandseitig mindestens ein Federelement, über welches eine Vorspannung gegenüber einer außenrandseitig angrenzend positionierten Magnetelementhaltevorrichtung erzeugbar ist.
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Die Magnetelemente können in den Aufnahmeabschnitt der Magnetelementhaltevorrichtung eingeschoben und dort über die Haltemittel fixiert werden. Es ist somit möglich, das oder die Magnetelemente außerhalb des Rotors in der Magnetelementhaltevorrichtung zu montieren und betriebsfertig mit korrekter Orientierung vorzubereiten. Über das außenrandseitige Federelement kann die Magnetelementhaltevorrichtung gegenüber einer weiteren angrenzend positionierten Magnetelementhaltevorrichtung vorgespannt werden, so dass die Positionierung zueinander festlegbar ist. Zudem kann über das Federelement die Magnetelementhaltevorrichtung gegen die Innenwand des Rotors verspannt werden, wenn mehrere Magnetelementhaltevorrichtungen miteinander verbunden an die Innenwand des Rotors gesetzt werden.
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Das Federelement fördert durch Erzeugung der Vorspannung auch die korrekte Endpositionierung der Magnetelementhaltevorrichtung innerhalb des Rotors bei der Montage und während des Betriebs.
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In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist die Magnetelementhaltevorrichtung als modulare Einheit ausgebildet. Mehrere entsprechende Module können miteinander verbunden und aneinander befestigt werden, wobei die außenrandseitig angeordneten Federelemente dann zwischen den einzelnen Modulen verlaufen und diese gegeneinander vorspannen. Aus einzelnen Modulen kann ein Ring aus Magnetelementhaltevorrichtungen erzeugt werden, der in den Rotor, vorzugsweise an dessen umlaufende Innenwand einsetzbar ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Magnetelementhaltevorrichtung sieht vor, dass der Aufnahmeabschnitt mehrere zueinander in einer axialen Reihe angeordnete Aufnahmetaschen aufweist, die ausgebildet sind, jeweils ein Magnetelement aufzunehmen. In Abhängigkeit der Größe des Rotors und Leistung des Elektromotors können somit mehrere Magnetelemente in jeder einzelnen Magnetelementhaltevorrichtung verbaut werden, wobei die einzelnen Magnetelemente in einer axialen Reihe in jeweils zugeordneten Aufnahmeabschnitten positioniert und fixiert sind.
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Als weitere Variante der Magnetelementhaltevorrichtung ist vorsehbar, dass sie mehrere parallele Reihenabschnitte mit jeweils mindestens einem Aufnahmeabschnitt für jeweils mindestens ein Magnetelement aufweist, wobei die Reihenabschnitte zueinander beabstandet sind. Diese Lösung richtet sich darauf, dass die Magnetelementhaltevorrichtung mehrreihig ausgebildet wird, wobei jeder Reihenabschnitt einen Umfangsabschnitt im Rotor besetzen soll.
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Die zueinander beabstandete Anordnung der Reihenabschnitt erfolgt deshalb in einer Richtung, welche der Umfangsrichtung im Rotor entspricht. Jeder Reihenabschnitt weist mindestens ein Magnetelement auf, jedoch kann jeder Reihenabschnitt als alternative Ausführung mehrere der vorstehend beschriebenen, in axialer Reihe angeordneten Aufnahmetaschen aufweisen.
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Bei einer Ausführung der Magnetelementhaltevorrichtung mit Reihenabschnitten wird in einer Weiterbildung vorgesehen, dass die Reihenabschnitte jeweils über das mindestens eine Federelement miteinander verbunden sind.
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In einer weiteren Ausführung kann zusätzlich oder alternativ vorgesehen werden, dass zwischen den Reihenabschnitten jeweils ein Scharnier angeordnet oder ausgebildet ist, über welches die Reihenabschnitte zueinander beweglich neigbar sind. Über diese Neigung kann die Ausrichtung der einzelnen Reihenabschnitte in Umfangsrichtung innerhalb des Rotors erfolgen.
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Die Haltemittel zum positionsfesten Halten des jeweiligen Magnetelements in dem jeweiligen Aufnahmeabschnitt der Magnetelementhaltevorrichtung sind in einer Ausführungsvariante jeweils als Klipsverrastung ausgebildet, in die das jeweilige Magnetelement einschiebbar und arretierbar ist. Die korrekte Position kann über einen Anschlag an der Verrastung und ein Fixiermittel, beispielsweise eine Klipse erzeugt werden.
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In einer günstigen Ausführung wird bei der Magnetelementhaltevorrichtung vorgesehen, dass das Federelement einteilig daran ausgebildet ist. Ferner ist eine Ausführung vorteilhaft, bei der das Federelement im Querschnitt zumindest abschnittsweise eine Wellenform aufweist, die zumindest entlang ihres Wellenfließverlaufs teilelastisch stauchbar und dehnbar ist. Als Federelement kann hierzu ein Blechprofil, bei einer Lösung aus Kunststoff ein entsprechend gewellter Flügel verwendet werden. Zudem können bei dem Federelement Nuten mit einem zur Stauchrichtung (eine Richtung, die sich zwischen benachbarten Magnethaltevorrichtungen erstreckt) senkrechten Verlauf zur Erhöhung Beweglichkeit und Elastizität vorgesehen werden.
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Ferner ist eine Ausführung günstig, bei der sich das Federelement im Wesentlichen über eine gesamte Randseitenlänge der Magnetelementhaltevorrichtung erstreckt. Die Randseitenlänge entspricht dabei im Wesentlichen der Axiallänge des Innenraums des Rotors, in den die Magnetelementhaltevorrichtung eingesetzt wird. Durch die Erstreckung des Federelements wird eine konstante Vorspannung über die gesamte axiale Länge der Magnetelementhaltevorrichtungen zueinander und mithin die korrekte Ausrichtung gewährleistet.
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Eine Weiterbildung der Magnetelementhaltevorrichtung ist gekennzeichnet durch eine stirnseitig angeordnete Zunge, welche in ihrer Position bewegbar oder biegbar ist, wobei über die Zunge der stirnseitig angrenzende Aufnahmeabschnitt verschließbar ist.
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Ferner wird in einer Ausführungsvariante an der Magnetelementhaltevorrichtung ein Magnetelementeinschubabschnitt vorgesehen, über den das/die Magnetelement(e) in den/die Aufnahmeabschnitt(e) einführbar ist/sind. Der Magnetelementeinschubabschnitt bildet den stirnseitigen Aufnahmeabschnitt, wobei er, nachdem alle Magnetelemente in die Magnethaltevorrichtung eingeschoben sind, über die Zunge verschließbar ist. Der Magnetelementeinschubabschnitt weist in einem Ausführungsbeispiel zudem stirnseitig einen asymmetrischen Querschnitt auf. Hierdurch kann eine konstruktive Magnetfeldorientierung und mithin eine korrekte Zuführung der Permanentmagnetelemente in die jeweilige Magnethaltevorrichtung gewährleistet werden.
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Alternativ oder zusätzlich ist in einer Weiterbildung der Magnetelementhaltevorrichtung vorgesehen, dass die Zunge einen optischen Indikator (z. B. +, –) für die Magnetfeldorientierung des Magnetelements aufweist.
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Die Erfindung umfasst ferner den Rotor eines Elektromotors mit einer Vielzahl von vorstehend beschriebenen Magnetelementhaltevorrichtungen, wobei die Vielzahl der Magnetelementhaltevorrichtungen in Umfangsrichtung aneinander angrenzend an einer Innenwand des Rotors angeordnet und miteinander befestigt ist.
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Zur Fixierung der Vielzahl der Magnetelementhaltevorrichtungen wird diese in einem Ausführungsbeispiel an der Innenwand des Rotors zumindest stellenweise verklebt. Da die gesamte Magnetelementhaltevorrichtung und nicht einzelne Magnetelemente verklebt werden, ist die Positionierung der Magnetelemente leichter herstellbar und sichergestellt.
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In einer vorteilhaften Variante wird die Vielzahl der Magnetelementhaltevorrichtungen in einer Umfangsrichtung zu einer Kreiseinheit verbunden und als Ganzes entlang der Innenwand in den Rotor eingeschoben. Die Montage kann mithin vollständig außerhalb des Rotors und vorab erfolgen. Die Kreiseinheit kann in Umfangsrichtung gegen die Federelemente vorgespannt in den Rotor eingesetzt werden, wodurch eine Vorspannungskraft auf die Innenwand des Rotors ausübbar ist.
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Zwischen jeder der Magnetelementhaltevorrichtungen kann jeweils ein Federelement angeordnet sein. Die Zuführung der Kreiseinheit als Ganzes mit den zueinander über die Federelemente vorgespannten Magnetelementhaltevorrichtungen erfolgt in einem einzigen Schritt.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
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1 eine Magnetelementhaltevorrichtung in einer einreihigen Ausführungsvariante;
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2 eine Magnetelementhaltevorrichtung in einer mehrreihigen Ausführungsvariante;
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3 einen Rotor mit einer Vielzahl von eingesetzten Magnetelementhaltevorrichtungen der einreihigen Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht;
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4 den Rotor aus 3 in einer Draufsicht und mit einer Detailansicht A;
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5 einen Rotor mit einer Vielzahl von eingesetzten Magnetelementhaltevorrichtungen der mehrreihigen Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht.
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Gleiche Bezugszeichen benennen gleiche Teile in allen Ansichten.
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In 1 ist eine modular ausgebildete Magnetelementhaltevorrichtung 1 zum Einsatz in einem Rotor, insbesondere Außenläuferrotor eines Elektromotors in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Die Magnethaltevorrichtung 1 wird durch einen aus einer Rahmenkonstruktion gebildeten Träger realisiert und weist einen Aufnahmeabschnitt 2 zur Aufnahme von Magnetelementen 6 (siehe 3) auf. Der Aufnahmeabschnitt 2 umfasst in der gezeigten Variante vier zueinander in einer axialen Reihe angeordnete Aufnahmetaschen 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, die jeweils ein Magnetelement 6 aufnehmen können. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Magnetelemente 6 in 1 nicht gezeigt. Jede Aufnahmetasche 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 ist durch Stege 13 getrennt, im Übrigen sind die Seitenflächen jedoch frei, so dass die Magnetelemente 6 von der Magnetelementhaltevorrichtung 1 unbedeckt bleiben und ihre volle Wirkung entfalten.
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An der Rahmenkonstruktion der Magnetelementhaltevorrichtung 1 sind durch umgreifende Haltestege 3 gebildete Haltemittel vorgesehen, welche die Magnetelemente 6 positionsfest innerhalb der Aufnahmetaschen 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 des Aufnahmeabschnitts 2 arretieren.
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Auf einer der Stirnseiten der Magnetelementhaltevorrichtung 1 ist ein Magnetelementeinschubabschnitt 15 vorgesehen, dessen stirnseitiger Randabschnitt von der Rahmenkonstruktion offen ausgebildet ist, so dass die Magnetelemente 6 stirnseitig nacheinander eingeschoben werden können. Die axiale Länge des Aufnahmeabschnitts 2 entspricht derjenigen von vier standardgroßen Magnetelementen 6. Über eine an der Stirnseite angeordnete Zunge 7 kann der Magnetelementeinschubabschnitt 15 und mithin die Magnetelementhaltevorrichtung 1 verschlossen werden. Die Zunge 7 ist hierfür um eine Randachse biegbar. 1 zeigt den verschlossenen Zustand der Zunge 7. Ferner weist die Zunge 7 einen optischen Indikator 16 (gezeigt ist ein Minus (–)) für die Magnetfeldorientierung der Magnetelemente 6 in der Magnetelementhaltevorrichtung 1 auf.
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Der Einsatz der Magnetelementhaltevorrichtung 1 aus 1 ist in 3 dargestellt, wobei eine Vielzahl der Magnetelementhaltevorrichtungen 1 in Umfangsrichtung aneinander angrenzend an einer Innenwand eines Rotors 100 angeordnet, miteinander befestigt und an der Innenwand des Rotors 100 beispielsweise verklebt ist. Die Vielzahl der Magnetelementhaltevorrichtungen 1 ist in Umfangsrichtung zu einer Kreiseinheit verbunden und als Ganzes entlang der Innenwand in den Rotor 100 hinein geschoben. Zwischen jeweils zwei benachbarten Magnetelementhaltevorrichtungen 1 sind jeweils Federelemente 10 angeordnet, die die einzelnen Magnetelementhaltevorrichtungen 1 zueinander in eine Vorspannung versetzen. Die Federelemente 10 können dabei einteiliger oder einstückiger Bestandteil jeweils einer Magnetelementhaltevorrichtung 1 sein oder als Zusatzbauteil daran befestigt werden. Jedes der Federelemente 10 erstreckt sich über die komplette axiale Randseitenlänge der jeweiligen Magnetelementhaltevorrichtung 1, wobei die gemeinte Randseite parallel zur Achse des Rotors 100 verläuft.
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In der Draufsicht und der zugehörigen Detailansicht A in 4 ist gut zu erkennen, dass die Federelemente 10 jeweils im Querschnitt abschnittsweise eine Wellenform aufweisen. Die Federelemente 10 sind zumindest entlang ihres Wellenfließverlaufs, d. h. der Erstreckung zwischen zwei angrenzenden Magnetelementhaltevorrichtungen 1, zumindest teilelastisch stauchbar und dehnbar, beispielsweise durch Bildung aus einem Blechteil.
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Der Magnetelementeinschubabschnitt 15 der jeweiligen Magnetelementhaltevorrichtungen 1 ist in der gezeigten Ausführung der nach oben in Richtung Rotoröffnung weisende Abschnitt und weist stirnseitig einen asymmetrischen Querschnitt 19 auf, um eine konstruktive Lösung zur Bestimmung der Magnetfeldorientierung bereitzustellen.
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In 2 ist eine alternative Lösung einer Magnetelementhaltevorrichtung 1 in einer zweireihigen Ausführung offenbart. Hierbei ist vorgesehen, dass die Magnetelementhaltevorrichtung 1 mehrere, in der gezeigten Ausführung zwei parallele Reihenabschnitte 8, 9 mit jeweils einem Aufnahmeabschnitt 2 für die Aufnahme von jeweils drei Magnetelementen 6 aufweist. Die Reihenabschnitte 8, 9 sind in einer zur Axialrichtung senkrechten Querrichtung zueinander beabstandet, wobei zwischen den beiden Reihenabschnitten 8, 9 ein Scharnier 5 vorgesehen ist, über das die beiden Reihenabschnitte 8, 9 zueinander beweglich neigbar sind. Das Scharnier 5 wird gebildet durch eine Vielzahl von beidseitig aufeinander zuweisenden Verbindungsschenkeln 17 und einen sich zwischen den Verbindungsschenkeln 17 in Axialrichtung erstreckenden und diese verbindenden Kanal 18, der zumindest teilelastisch ausgebildet ist und die Neigbarkeit der beiden Reihenabschnitte 8, 9 gewährleistet.
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An der Rahmenkonstruktion der Magnetelementhaltevorrichtung 1 gemäß 2 sind vorstehende Haltestege 33 als Haltemittel vorgesehen, welche drei Magnetelemente 6 positionsfest innerhalb von drei Aufnahmetaschen 2.1, 2.2, 2.3 des Aufnahmeabschnitts 2 gegen Herausfallen arretieren. Nicht gezeigt, jedoch vorsehbar ist ferner eine Klipsverrastung, mittel der die Magnetelemente an einer vorbestimmten Position innerhalb der Aufnahmetaschen verrasten und somit in dem Aufnahmeabschnitt fixiert werden. In der gezeigten Ausführung ist der rechtsseitige Reihenabschnitt 9 mit drei Magnetelementen 6 vollständig befüllt, beim linksseitigen Reihenabschnitt 8 wird das Einführen des ersten von drei Magnetelementen 6 in den Magnetelementeinschubabschnitt 15 durch gekipptes Einsetzen angedeutet. Vollständig befüllt entspricht der Reihenabschnitt 8 dem Reihenabschnitt 9.
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Der Einsatz der als modulare Einheit ausgebildeten Magnetelementhaltevorrichtung 1 aus 2 ist in 5 dargestellt, wobei eine Vielzahl der Magnetelementhaltevorrichtungen 1 in Umfangsrichtung aneinander angrenzend an einer Innenwand eines Rotors 100 angeordnet, miteinander befestigt und an der Innenwand des Rotors 100 verklebt ist. Wie in der Ausführung gemäß 1 und 3 ist die Vielzahl der mehrreihigen Magnetelementhaltevorrichtungen 1 in Umfangsrichtung zu einer Kreiseinheit verbunden und als Ganzes entlang der Innenwand in den Rotor 100 hinein geschoben. Zwischen jeweils zwei benachbarten Magnetelementhaltevorrichtungen 1 und zwischen jeder der Reihenabschnitte 8, 9 ist jeweils ein Federelement 10 angeordnet, das die einzelnen Magnetelementhaltevorrichtungen 1 und die Reihenabschnitte 8, 9 gegeneinander in eine Vorspannung versetzen. Die Federelemente 10 können dabei einteiliger oder einstückiger Bestandteil jeweils einer Magnetelementhaltevorrichtung 1 oder eines Reihenabschnitts 8, 9 sein oder als Zusatzbauteil an der Magnetelementhaltevorrichtung 1 oder den einzelnen Reihenabschnitte 8, 9 befestigt werden. Jedes der Federelemente 10 erstreckt sich über die komplette axiale Randseitenlänge der jeweiligen Magnetelementhaltevorrichtung 1. Als Federelemente 10 kommen solche entsprechend der Ausführung gemäß 3 zum Einsatz, so dass bezüglich deren Beschreibung auf vorstehende Offenbarung verwiesen wird.
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Die Anzahl der Magnetelemente 6 ist frei wählbar, da jede der offenbarten Magnetelementhaltevorrichtungen 1 in ihrer Größe entsprechend anpassbar ist. Als Material für die Magnetelementhaltevorrichtung 1 beispielsweise Blech oder Kunststoff zum Einsatz. Zudem ist die mehrreihige Ausbildung der Magnetelementhaltevorrichtung 1 nicht auf zwei Reihenabschnitte beschränkt.
