DE2433770A1 - Elektrische maschine - Google Patents

Elektrische maschine

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    • H02K23/56—Motors or generators having iron cores separated from armature winding

Description

DR. WALTER LANGHOFF J L 3 3 7 7 ft
PATENTANWALT *" ^ V ^
MÖNCHEN 81 WISSMANNSTR. 14
München, dan 12.7.1974 Unser Zeichen: 53-l402
Interelectric AG, CH-6072 Sachsein (OW)
Elektrische Maschine
Die Erfindung betrifft eine elektri he Maschine mit einem glockenförmigen Rotor, mit einem in den Innenraum desselben hineinragenden Permanentmagneten und mit einem zylindermantelförmigen Eisenrückschlußteil, das den Rotor umgibt.
Es sind bereits derartige Maschinen bekannt, bei denen der Permanentmagnet mit Kunststoff ausgespritzt und mit einer Stirnplatte verklebt ist, wobei diese und die Lagersitze anschließend gedreht sind und das Ganze mit dem Eisenrückschlußteil verbunden ist, etwa durch Pressen oder Einrollen. Der Stator einer derartigen elektrischen Maschine ist kostspielig in der Herstellung und bringt Toleranzprobleme mit sich.
Es ist ferner bekannt, den Permanentmagneten und das Eisenrückschlußteil durch eine Kunststoffstirnplatte zu verbinden. Diese Konstruktion erfordert enge Toleranzen des Permanentmagneten und des Eisenrückschlußteiles und ist ebenfalls kostspielig in der Herstellung.
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Eine andere bekannte Konstruktion besteht darin, daß der Permanentmagnet und eine aus Aluminium bestehende Stirnplatte mit Kunststoff zusammengespritzt sind und daß das Eisenrückschlußteil eingerollt ist. Auch diese Konstruktion ist verhältnismäßig aufwendig in der Herstellung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stator für eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art zu schaffen, der mit engen Toleranzen verhältnis-, mäßig einfach herstellbar ist und korrosionsgeschützt ist.
Die Lösung dieser Aufgabe ist gegeben durch eine das Eisenrückschlußteil umgebende Ummantelung, die zugleich eine Stirnplatte bildet und den Permanentmagneten zentrisch zu dem Eisenrückschlußteil fixiert und dieses bis auf eine mindestens dem lichten Durchmesser des Eisenrückschlußteiles entsprechende öffnung auf der Gegenstirnseite umschließt.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist die Ummantelung als Spritzgußteil ausgebildet, das vorzugsweise aus Zinkdruckguß oder Kunststoff, am besten glasfaserverstärktem Polyamid 12 besteht.
Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform weist die aus Kunststoff oder Metall bestehende Ummantelung mindestens einen Lagersitz auf.
Die ,Herstellung läßt sich problemloser durchführen, wenn eine Dichtung verwendet ist, die den Ringspalt zwischen dem Permanentmagneten und dem Eisenrückschlußteil zur Stirnplatte hin abdichtet.
Vorzugsweise weist das Eisenrückschlußteil mindestens
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einen durchgehenden Längsschlitz auf, wobei gemäß einer Weiterbildung das Eisenrückschlußteil eine nach innen gerichtete Vorspannung hat. Dadurch läßt sich eine enge Tolerierung des Luftspaltraumes erreichen.
Es ist günstig, wenn jeder Längsschlitz im Bereich der Symmetrieebene der Feldlinien des Permanentmagneten liegt, da dann keine Schwächung der Feldlinien durch den Längsschlitz auftritt.
Alternativ kann die Ummantelung aus einem topfförmigen Metallteil bestehen, etwa aus einem Tiefziehteil. Dieses topfförmige Metallteil kann zugleich den Bürstendeckel umgeben und fixieren.
Bei dieser Ausführungsform besteht eine vorteilhafte Weiterbildung darin, daß das Eisenrückschlußteil einen durchgehenden Längsschlitz aufweist und eine.nach außen gerichtete Vorspannung hat. Dadurch wird gewährleistet, daß das Eisenrückschlußteil immer eng an dem topfförmigen Metallteil anliegt, so daß ein guter Wärmeübergang gewährleistet ist und sich der Luftspaltraum durch radiales Pressen des topfförmigen Metallteils kalibrieren läßt.
Ein besonders einfach durchzuführendes Verfahren zum Herstellen des Stators für eine elektrische Maschine nach der Erfindung ist darin zu sehen, daß der Permanentmagnet in den Innenraum eines dem Luftspaltraum entsprechenden Kalibrierrohres geschoben wird, daß das Eisenrückschlußteil über das Kalibrierrohr geschoben wird, daß sodann der Dichtungsring auf die stirnplattenseitigen Stirnkanten dieser Teile aufgelegt wird, und daß das Ganze sodann in eine Gießform gebracht und mit Kunststoff umspritzt wird. Dadurch wird verhindert, daß Spritzmasse in den Luftspaltraum eindringen kann, so daß eine Nachbearbeitung nicht erforderlich ist.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung dieses Verfahrens besteht darin, daß eine Gießform verwendet wird, welche Formteile enthält, die der Längsbohrung für die Rotorwelle und den Sitzen für die Lager derselben entsprechen. Die auf diese Weise hergestellten Lagersitze führen zu genau fluchtenden Lagern, insbesondere, wenn die Ummantelung aus glaserverstärktem Polyamid 12 hergestellt wird.
Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen ergänzend beschrieben.
Figur 1 ist ein Axialschnitt durch eine elektrische Maschine nach der Erfindung.
Figur 2 ist ein Querschnitt längs der Linie II-II von Figur t bei herausgenommenem Rotor.
Figur 3 ist ein Axialschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Maschine nach der Erfindung.
Figur 4 ist ein Querschnitt längs der Linie IV-IV von Figur 3 bei herausgenommenem Rotor.
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte elektrische Maschine umfaßt einen zylindrischen Permanentmagneten 1 r der mit einer zentralen öffnung 2 versehen ist. Der Permanentmagnet ist in ein Spritzgußteil 3 eingebettet, welches sich durch die zentrale öffnung 2 erstreckt und die Gehäusestirnplatte 4 bildet sowie eine an diese anschließende Ummantelung 5. Diese Ummantelung umgibt ein Eisenrückschlußteil, das aus zwei Zylindermantelhalbschalen 6 und 7 besteht. Diese Halbschalen sind in axialer Richtung durch Schlitze 9 und 10
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voneinander getrennt, die durch das Spritzgußmaterial ausgefüllt sind und auf diese Weise eine Verschiebung der Halbschalen 6, 7 verhindern.
Das Spritzgußteil 3 ist mit einer zentralen Bohrung 11 versehen, die sich durch die gesamte Länge des Spritzgußteils erstreckt und an den Enden Bereiche mit vergrößertem Durchmesser aufweist, die zur Aufnahme von Lagern 12 und 13 dienen. Diese Lager sind mit Lagerbohrungen 14 versehen, die eine Welle 15 aufnehmen, an deren in der Figur rechtem Ende eine Riffelung 16 angebracht ist, um die eine Kunststoffscheibe 17 gespritzt ist, die an ihrem größten Umfang eine Rotorwicklung 18 trägt und in der Verlängerung der Welle 15 einen Kommutator 19. Der Kommutator umfaßt eine Anzahl L-förmiger, metallener Lamellen 20, die mit den Anschlüssen der Rotorwicklung 18 verbunden sind.
An dem freien Ende der Ummantelung 5 liegt ein Bürstendeckel 21 an, der mit zwei Anschlußfahnen 22 und 23 versehen ist, an denen Bürstenfedern 24 befestigt sind, die auf dem Kommutator 19 aufliegen.
Die das Eisenrückschlußteil bildenden Halbschalen 6 und bestehen aus einem ferromagnetischen Material. An den stirnplattenseitigen Stirnkanten des Eisenrückschlußteils und des Permanentmagneten liegt eine ringförmige Dichtung 25 an, die ein Eindringen von Spritzmasse in den Luftspaltraum bei der Herstellung verhindert.
Eine derartige elektrische Maschine läßt sich auf einfache Weise mit einem eng tolerierten Luftspalt zwischen dem Permanentmagneten 1 und dem Eisenrückschlußteil 8 herstellen. Dabei können die Halbschalen 6 und 7 durch eine Walzbearbeitung aus Bandmaterial hergestellt sein.
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Für die Herstellung des Stators einer derartigen Maschine wird z.B. ein rohrförmiges Teil um den Permanentmagneten 1 gelegt, das in seinen Abmessungen den Abmessungen des gewünschten Luftspaltraumes entspricht. Um das rohrformige Teil werden die beiden HalbSEhalen 6 und 7 gelegt, sodann der Dichtungsring 25 auf die Stirnkanten des Eisenrückschlußtei Is und des Permanentmagneten gelegt, und das Ganze sodann in eine passend geformte Gußform gebracht. Die Halbschalen 6 und 7 sollten dabei so geformt sein, daß sie einen etwas kleineren Innenradius aufweisen als dem Außendurchmesser des rohrförmigen Teiles entspricht, so daß sie im Bereich der Schlitze 9 und 10 eng an dem rohrförmigen Teil anliegen und keine Spritzgußmasse dazwischendringen kann. Die Gußform ist so gestaltet, daß die zentrale Bohrung 11 und die Sitze für die Lager 12 und 13 beim Spritzen mitentstehen, also nicht nachträglich hergestellt werden müssen.
Man erkennt aus Figur 2, daß die Schlitze 9 und 10 gegenüber den Polen N und S. des Permanentmagneten 1 liegen. Dadurch wird gewährleistet, daß der magnetische Fluß in dem Luftspaltringraum 2 6 nicht geschwächt wird.
Durch das Einbetten des Permanentmagneten 1 und der beiden Halbschalen des Eisenrückschlußteils 8 in die Spritzgußmasse wird eine genau koaxiale Lage dieser Teile zueinander dauernd gewährleistet.
Als Spritzgußmaterial kann sowohl ein Metall als auch ein Kunststoff verwendet sein. Als besonders günstig hat sich Polyamid 12 erwiesen, bekannt z.B. unter der Warenbezeichnung Grilamid ** .
Das Exsenrückschlußteil 8 kann aus einem Material bestehen, welches eine hohe Induktion zuläßt, so daß eine verhältnismäßig geringe Dicke der Halbschalen 6 und 7 aus-
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reicht. Anstelle der Halbschalen kann z.B. auch ein rohrförmigen. Eisenrückschlußteil verwendet werden, das keinen Längsschlitz aufweist. Diese Variante ist in Figur 2 durch die gestrichelte überbrückung der Schlitze 9 und 10 dargestellt.
Die Figuren 3 und 4 zeigen eine andere Ausführungsform einer elektrischen Maschine, bei der in bezug au'f die Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2 gleiche Bauteile mit einer um hundert erhöhten Bezugsziffer versehen sind.
Die elektrische Maschine nach Figur 3 unterscheidet sich im wesentlichen dadurch von der Ausführungsform nach Figur 1, daß lediglich der Permanentmagnet 101 in die Spritzgußmasse 103 eingebettet ist, nicht jedoch das Eisenrückschlußteil 108. Letzteres ist einstückig ausgebildet, enthält also nur einen Spalt 109, der gegenüber dem Nordpol des Permanentmagneten 101 liegt.
Das Spritzgußteil 103 ist mit einer normal zur Achse der Maschine verlaufenden Auflagefläche 127 versehen, die als Auflage für eine Stirnkante des Eisenrückschlußteils 108 dient. Diese Auflagefläche gewährleistet, daß das Eisenrückschlußteil achsparallel zur Achse der Maschine liegt.
Die Ummantelung 105 bildet die Mantelfläche eines topfförmigen Tiefziehteils 128, dessen Stirnbereich 129 mit einer Bohrung 130 versehen ist, durch die sich das nabenförmige Ende 131 des Spritzgußteils 103 erstreckt. In den Stirnbereich 129 sind ferner Gewindebohrungen 132 eingeschnitten, die zum Befestigen der elektrischen Maschine dienen.
Der Bürstendeckel 121 ist ebenfalls topfförmig gestaltet
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und weist einen Mantelbereich 133 auf, dessen äußerer Durchmesser etwa dem maximalen Durchmesser des. Spritzgußteiles 103 entspricht.
Die freie Stirnkante 134 des topfförmigen Tiefziehteils 128 ist schräg nach innen gedrückt, wodurch das Spritzgußteil 103, das Eisenrückschlußteil 108 sowie der Bürstendeckel 121 festgeklemmt in ihrer Lage gehalten werden.
Die übrigen, hier nicht erwähnten Bauteile und Konstruktionsmerkmale dieser Ausführungsform entsprechen der Vorrichtung nach Figur 1 -
Zur Herstellung einer Maschine nach den Figuren 3 und 4 wird zuerst eine Baugruppe hergestellt aus dem Spritzgußteil 103, dem darin eingebetteten Permanentmagneten 101 und den Lagern 112 und 113. Diese Baugruppe wird in das topfförmige Tiefziehteil 128, dessen freie Stirnkante 134 noch nicht umgebogen ist, hineingesteckt, bis es an dem Stirnbereich 129 anstößt. Darnach wird das Eisenrückschlußteil 108, gegebenenfalls mit einem Klebstoffauftrag an seiner äußeren Oberfläche versehen, in das Tiefziehteil 128 hineingesteckt, bis es mit einer Stirnkante auf der Auflagefläche 127 des Spritzgußteils 103 aufstößt. Das Eisenrückschlußteil sollte dabei eine radial nach außen gerichtete Vorspannung aufweisen, so daß es in entspanntem Zustand einen größeren Außendurchmesser aufweist als dem Innendurchmesser des Tiefziehteils entspricht. Dadurch wird gewährleistet, daß sich das Eisenrückschlußteil eng an die Innenfläche der Ummantelung 105 anlegt.
Die Verwendung von Klebstoff zum Verbinden des Eisenrückschlußteils mit der Ummantelung ist nicht unbedingt erforderlich, verbessert jedoch die Festigkeit und den
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Wärmeübergangskoeffizienten zwischen diesen beiden Teilen.
Nunmehr wird der fertige Rotor in die bereits zusammengebauten Teile eingeführt und darnach der Bürstendeckel 121 in die Ummantelung 105 eingeführt und sodann die freie Stirnkante 134 umgebördelt, so daß das Eisenrückschlußteil zwischen dem Spritzgußteil 103 und dem Bürstendeckel 121 fest eingeklemmt ist.
Zum Erleichtern des Zusammenbaus ist in dem Bürstendeckel 121 ein zentraler Durchbruch 135 vorgesehen, der durch eine abnehmbare, dünne Scheibe 136 verschließbar ist.
Die soeben beschriebene Konstruktion hat noch den Vorteil, daß sich die Stärke des Luftspaltringraumes 126 durch Walzen der Ummantelung im Bereich des Eisenrückschlußteiles 108 verringern läßt. Auf diese Weise ist eine gewisse Änderung der Eigenschaften der elektrischen Maschine möglich, ohne daß andere Bauteile verwendet werden müßten. Diese Möglichkeit läßt sich auch dazu ausnutzen, ohne großen Aufwand elektrische Maschinen mit eng tolerierten Eigenschaften herzustellen.
Die Erfindung ist anhand von Kommutatormaschinen beschrieben. Sie läßt sich jedoch auch bei anderen Motorkonstruktionen verwenden.
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Claims (14)

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1. Elektrische Maschine mit einem glockenförmigen Rotor, mit einem in den Innenraum desselben hineinragenden Permanentmagneten,und mit einem zylindermantelförmigen Eisenrückschlußteil, das den Rotor umgibt, gekennzeichnet durch eine das Eisenrückschlußteil· (8, 108) umgebende Ummantelung (5, 105), die zugleich eine Stirnplatte (4, 1o4) bildet und den Permanentmagneten (1, 101) zentrisch zu dem Eisenrückschlußteil fixiert und dieses bis auf eine mindestens dem lichten Durchmesser des Eisenrückschlußteiles entsprechende Öffnung auf der Gegenstirnseite umschließt.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Ummantelung (5) als Spritzgußteil ausgebildet ist.
3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung aus Kunststoff besteht und mindestens einen Lagersitz aufweist.
4. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Ummantelung aus Metall besteht und mindestens einen Lagersitz aufweist.
5. Maschine nach Anspruch 2 und 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine Dichtung (25), die den
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• Αή.
Ringspalt zwischen dem Permanentmagneten (1) und dem Eisenrückschlußteil (8) zur Stirnplatte (4) hin abdichtet.
6. Maschine nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet; daß das Eisenrückschlußteil
(108) mindestens einen durchgehenden Längsschlitz (109) aufweist.
7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das Eisenrückschlußteil (108) eine nach innen gerichtete Vorspannung aufweist.
8. Maschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Längsschlitz (109) im Bereich der Symmetrieebene der Feldlinien des Permanentmagneten (101) liegt.
9. Maschine nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet , daß die Ummantelung aus einem topfförmigen Metallteil (128) besteht.
10. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Ummantelung (105) zugleich den Bürstendeckel (121) umgibt und fixiert.
11. Maschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß das Eisenrückschlußteil
(108) einen durchgehenden Längsschlitz (109) aufweist und eine nach außen gerichtete Vorspannung hat.
12.. Verfahren zum Herstellen des Stators für die elektrische Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Permanentmagnet in den Innenraum eines dem Luftspaltraum entsprechenden Kalibrierrohres gesteckt wird, daß das Eisenrückschlußteil über das Kalibrierrohr geschoben wird, daß sodann der
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, fit
Dichtungsring auf die stirnplattensextigen Stirnkanten dieser Teile aufgelegt wird, und daß das Ganze sodann in eine Gießform gebracht und mit Kunststoff- umspritzt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß eine Gießform verwendet wird, welche Formteile enthält, die der Längsbohrung für die Rotorwelle und den Sitzen für die Lager derselben entsprechen.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Ummantelung aus glasfaserverstärktem Polyamid 12 hergestellt wird.
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