DE2538320A1 - PERMANENT MAGNETIC RUNNER FOR DYNAMOELECTRIC MACHINERY AND PROCESS FOR THEIR PRODUCTION - Google Patents
PERMANENT MAGNETIC RUNNER FOR DYNAMOELECTRIC MACHINERY AND PROCESS FOR THEIR PRODUCTIONInfo
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Description
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Patentanwälte Büro Berlin: 26 . August 1975Patent attorneys office Berlin: 2 6. August 1975
Inland 11 PERMANENTMAGNETISCHER LÄUFER FÜR DYNAMOELEKTRISCHEInland 11 PERMANENT MAGNETIC RUNNER FOR DYNAMOELECTRIC
MASCHINEN UND VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNGMACHINERY AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF
Die Erfindung bezieht sich auf Läufer für Gleichstrommaschinen der invertierten Bauweise, bei denen der Ständer mit einer Mehrzahl von Wicklungseinheiten ("Spulen") und damit magnetischen Polen versehen ist und deren Läufer zur Magnetfelderzeugung Permanentmagnete enthält.The invention relates to rotors for DC machines of the inverted design, in which the Stator is provided with a plurality of winding units ("coils") and thus magnetic poles and their rotors contains permanent magnets to generate magnetic fields.
Sie bezieht sich insbesondere auf solche Läufer, welche permanentmagnetisches Material mit hohem Energieprodukt und hoher Koerzitivkraft (im folgenden zusammenfassend als "Seltene Erden enthaltendes Magnetmaterial" bezeichnet) Verwendung finden, sowie auf die Herstellung derartiger Läufer.It relates in particular to such runners, which are permanent magnetic material with a high energy product and high coercive force (hereinafter collectively referred to as "rare earth-containing magnetic material") Find use, as well as for the production of such runners.
Permanentmagnete aus einem Material, das Seltene Erden enthält, empfehlen sich wegen ihres hohen Energieproduktes und ihrer hohen Koerzitivkraft offenbar zum Aufbau derartiger Läufer. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, neben derartigem Magnetmaterial Alnico Magnete bzw. andere bekannt gewordene Magnetmaterialien zu benutzen, und durch die Kombination dieser Materialien im Verein mit entsprechend geformten Polstücken einen möglichst hohen Magnetfluß im Arbeitsluftspalt zu erzeugen.Permanent magnets made from a material that contains rare earths are recommended because of their high energy product and their high coercive force evidently to the construction of such rotors. It has also already been suggested to use in addition to such magnetic material Alnico magnets or other known magnetic materials, and by the combination of these materials in conjunction with appropriately shaped pole pieces ensure the highest possible magnetic flux to generate in the working air gap.
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Magnetmaterialien, welche Seltene Erden enthalten, (nachfolgend "Seltene Erden Magnete" genannt), führen jedoch aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften zu Schwierigkeiten bei der Herstellung eines Läufers. Aufgrund des außerordentlich hohen magnetischen Feldes derartiger Permanentmagnete ist es praktisch nicht möglich, eine Bearbeitung im magnetisierten Zustand auszuführen, da die bei der Bearbeitung freiwerdenden Späne und Partikel aus ferromagnetischem Material außerordentlich fest anhaften und, wenn überhaupt, nur in außerordentlich langwieriger und unwirtschaftlicher Weise entfernt werden können. Andererseits gelingt es bei den bisher üblichen Läufer- und Polschuhkonstruktionen nicht, genügende Magnetisierungsfeldstärken an Formstücke aus Seltene Erden enthaltenden Magnetmaterialien heranzubringen, um diese in situ, also als Teil eines zusammengebauten Läufers, zu magnetisieren, wie dies üblicherweise bei Alnico-Magneten geschieht.Magnetic materials that contain rare earths (hereinafter referred to as "rare earth magnets"), however, lead Because of their special properties, they lead to difficulties in the manufacture of a runner. Because of the extraordinary high magnetic field of such permanent magnets, it is practically impossible to process to be carried out in the magnetized state, since the chips and particles released during machining are made of ferromagnetic Adhere material extremely firmly and, if at all, only in an extremely tedious and uneconomical manner Way can be removed. On the other hand, it succeeds with the conventional rotor and pole shoe designs not, sufficient magnetization field strengths on fittings made of rare earth-containing magnetic materials bring them up to magnetize them in situ, i.e. as part of an assembled rotor, like this usually happens with Alnico magnets.
bekannten Läuferkonstruktionen mit permanentmagnetischem Material, beispielsweise bei Alnico-Magneten, ist es Stand der Technik, die aus magnetisch weichem Material hergestellten Polstücke so zu bemessen, daß der von den Permanentmagneten ausgehende Magnetfluß an keiner Stelle zu einer Sättigung in den Polschuhen führt.known rotor constructions with permanent magnetic material, for example Alnico magnets, it is state of the art to dimension the pole pieces made of magnetically soft material so that the of the Magnetic flux emanating from permanent magnets does not lead to saturation in the pole pieces at any point.
Wie Untersuchungen der Anmelderin ergeben haben, erlaubt eine derartige Konstruktion nicht, ein magnetisches Feld an die Seltene Erden enthaltenden Formstücke heran-As investigations by the applicant have shown, such a construction does not allow a magnetic The field to the fittings containing rare earths
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zubringen, das ausreichen würde, um dieses Material entsprechend zu magnetisieren.spend that would be sufficient to magnetize this material accordingly.
Formstücke aus Seltene Erden enthaltenden Magnetmaterialien werden üblicherweise nach dem jetzigen Stand der Technik nur in relativ kleinen Abmessungen hergestellt. Typische Größen sind etwa 12,5 χ 12,5 χ 0,25 mm oder kleiner. Um zu Gleichstrommotoren mit größerer Leistung zu gelangen, ist es daher erforderlich, eine größere Anzahl solcher Formstücke zu benutzen und diese in geeigneter Weise in der Läuferkonstruktion geometrisch zu verankern. Es wurde bereits vorgeschlagen, hierzu einen Klebevorgang mit entsprechenden Kunstharzen zu verwenden. Ein solches Verfahren hat sich jedoch als wenig geeignet für die wirtschaftliche und technisch einwandfreie Herstellung derartiger Läufer erwiesen .Fittings made of rare earths containing magnetic materials are usually according to the current state the technology produced only in relatively small dimensions. Typical sizes are approximately 12.5 12.5 χ 0.25 mm or smaller. In order to get to DC motors with greater power, it is therefore necessary to have a larger number of such fittings and to anchor them geometrically in a suitable manner in the rotor construction. It was already proposed to use a bonding process with appropriate synthetic resins for this purpose. Has such a procedure however, proved to be unsuitable for the economical and technically perfect manufacture of such rotors .
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Konstruktion von Läufern, bei denen die erwähnten Nachteile in vollem Umfange vermieden werden bzw. Verfahren zu deren wirtschaftlicher und einfacher Herstellung.The aim of the present invention is the construction of runners in which the disadvantages mentioned in full Scope are avoided or processes for their economical and simple production.
Läufer nach der Erfindung für Gleichstrommotoren mit invertiertem Aufbau besitzen Polstücke aus lameliiertem, magnetisch weichem Material, deren Querschnitt mindestens 1,5 mal größer dimensioniert ist als jener, der erforderlich ist, um den von den Permanentmagneten aus Seltene Erden enthaltendem Material in magnetisiertem Zustand gelieferten magnetischen Fluß ohne Sättigungserscheinungen aufzunehmenRotor according to the invention for DC motors with an inverted structure have pole pieces made of laminated, magnetically soft material, the cross-section of which is at least 1.5 times larger than that required is to supply the rare earth material contained in the permanent magnets in the magnetized state to absorb magnetic flux without saturation phenomena
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und weiterzuleiten und der ausreicht, um das im jungfräulichen oder pseudo-jungfräulichen Zustand eingebaute permanentmagnetisierbare Material unter Benutzung der Polstücke zur Weiterleitung des Magnetisierflusses und ohne Behinderung durch Sättigungserscheinungen in situ zu magnetisieren. and forward and that is enough to keep that in the virgin or pseudo-virgin state built-in permanent magnetizable material using the pole pieces to pass on the magnetizing flux and to magnetize in situ without being hindered by saturation phenomena.
Vorteilhafterweise wird der Querschnitt der Polstücke etwa 2 bis 3 mal größer dimensioniert bzw. so gewählt, daß er ausreicht, um die im jungfräulichen bzw. pseudo-jungfräulichen Zustand befindlichen Formstücke aus permanentmagnetisierbarem Material in situ mit 12.000 Oersted und einem Feld von 10.000 Gauss zu magnetisieren, ohne daß der Magnetisierungsvorgang in den Polstücken durch Sättigung limitiert wird.The cross-section of the pole pieces is advantageously dimensioned approximately 2 to 3 times larger or selected so that that it is sufficient to remove the fittings that are in the virgin or pseudo-virgin state permanently magnetizable material in situ with 12,000 oersteds and magnetize a field of 10,000 Gauss without causing the magnetization process in the pole pieces by saturation is limited.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung derartiger Läufer wird zunächst der weichmagnetische Teil des Läufers aus Zuschnitten aus lamelliertem, magnetisch weichem Material zusammengesetzt, wobei diese Zuschnitte erste öffnungen zur Aufnahme des permanentmagnetisierbaren Materials enthalten sowie mit einem zweiten Satz öffnungen ausgestattet sind; und daßAccording to the method according to the invention for producing such rotors, the soft magnetic part is first of all of the runner composed of blanks of laminated, magnetically soft material, these blanks contain first openings for receiving the permanently magnetizable material and with a second set of openings are equipped; and that
hierauf die Formstücke aus permanentmagnetisierbarem Material, das sich im jungfräulichen oder pseudo-jungfräulichen Zustand befindet, in den Satz erster öffnungen eingesetzt wird, um hierauf nicht magnetisches, gießfähiges Material in den hierfür bestimmten Satz zweiter öffnungen zu gießen und zum Erstarren zu bringen, worauf der so gebildete Läufer-then the molded pieces made of permanently magnetizable material, which is in the virgin or pseudo-virgin state is located in the set of first openings is used to then non-magnetic, pourable material to pour into the set of second openings intended for this and to solidify, whereupon the thus formed runner
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rohling mechanisch bearbeitet wird, um unter Ausbildung von diskreten Polstücken in seine Endform gebracht zu werden; und daßThe blank is mechanically processed in order to be brought into its final shape with the formation of discrete pole pieces will; and that
anschließend das permanentmagnetisierbare Material des Läufers in situ und unter Benutzung der Polstücke bzw. des weichmagnetischen Materials des Läufers magnetisiert wird, um so permanentmagnetisch die gewünschte Stärke herzustellen,then the permanently magnetizable material of the Rotor is magnetized in situ and using the pole pieces or the soft magnetic material of the rotor, in order to produce the desired strength using permanent magnets,
Nach einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung wird die Läuferachse vor dem Vergießen eingesetzt und so beim Vergießvorgang mit verankert.According to a preferred embodiment of the invention the rotor axis is inserted before potting and thus anchored during the potting process.
Vorteilhafterweise besteht diese Achse aus magnetisch leitfähigem Material. Als gießfähiges Material hat sich geschmolzenes Aluminium als besonders vorteilhaft erwiesen. This axis is advantageously made of magnetically conductive material. Has as a pourable material Molten aluminum proved particularly beneficial.
Durch den Gießvorgang wird eine geometrisch eindeutige und zuverlässige Verankerung der Formstücke aus magnetisierbarem Material erreicht; da dieses Material im jungfräulichen bzw. pseudo-jungfräulichen Zustand zum Einbau gelangt, werden auch alle Schwierigkeiten bei den nachfolgenden mechanischen Bearbeitung vermieden. Schließlich erlaubt die Dimensionierung des Materials der Polstücke im Verein mit dessen Lamellierung die gewünschte Magnetisierung des Magnetmaterials ohne Behinderung durch Sättigungserscheinungen. The casting process creates a geometrically clear and reliable anchoring of the molded pieces made of magnetizable Material achieved; because this material is in its virgin or pseudo-virgin state for installation reached, all difficulties in the subsequent mechanical processing are also avoided. Finally allowed the dimensioning of the material of the pole pieces in combination with its lamination the desired magnetization of the magnetic material without being hindered by saturation phenomena.
Um sicherzustellen, daß das magnetisierbare Material der Formstücke sich vor der mechanischen BearbeitungTo ensure that the magnetisable material of the fittings is prior to mechanical processing
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im unmagnetisierten bzw. pseudo-jungfräulichen Zustand befindet, werden diese bzw. der Rohläufer vor der mechanischen Bearbeitung in einer von magnetisch leitfähigem Material freien Umgebung für eine ausreichende Zeit auf eine Temperatur erhitzt, die geeignet ist, eine vorhandene Magnetisierung abzubauen.in the unmagnetized or pseudo-virgin state is located, these or the blank rotor are in a magnetically conductive material before mechanical processing free environment is heated for a sufficient time to a temperature which is suitable for an existing magnetization dismantle.
Nach einer Ausgestaltung dieses erfindungsgemäßen Schrittes kann der Läufer nach dem Magnetisieren auf einen genau vorbestimmten Wert der Magnetisierung gebracht werden, indem er in einer von magnetisch leitfähigem Material freien Umgebung für eine Zeit erhitzt wird, die ausreicht, um die Magnetisierung der Permanentmagnete auf einen vorher bestimmten Wert zu bringen, wobei sich daran gegebenenfalls eine Magnetisierung in der ursprünglichen Richtung und auf einen gleichfalls vorbestimmten Wert anschließen kann.According to one embodiment of this inventive step, after magnetization, the rotor can move to a exactly predetermined value of magnetization can be brought by placing it in a free of magnetically conductive material The surrounding area is heated for a time sufficient to pre-magnetize the permanent magnets to bring a certain value, with it possibly a magnetization in the original direction and on can connect a likewise predetermined value.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen in beispielhafter Weise näher erläutert.In the following the invention is explained in more detail with reference to the drawings in an exemplary manner.
Abb. 1 zeigt im Querschnitt eine Gleichstrommaschine mit invertiertem Aufbau und ehern Läufer nach der Erfindung.Fig. 1 shows in cross section a DC machine with an inverted structure and an iron rotor according to the invention.
Abb. 2a ist eine Aufsichtdarstellung einer Lamelle aus weichem, magnetischem Material in beispielsweise Ausführung. Fig. 2a is a plan view of a lamella made of soft, magnetic material in an exemplary embodiment.
Abb. 2b ist die Querschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Läufers, der mittels der Lamellen nach 2a aufgebaut ist.Fig. 2b is the cross-sectional representation of a rotor according to the invention, which by means of the lamellae according to 2a is constructed.
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Abb. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Gleichstrommaschine mit invertiertem Aufbau und einem permanentmagnetischen Läufer. Hierbei sind 11 und 12 Gehäuseteile mit öffnungen 11a und 12a zur Aufnahme der Läuferachse 15. Der Ständer 16 besteht aus einem aus weichem magnetischem Blech aufgebauten Kern und einer Mehrzahl von Ständerwicklungsspulen 17, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht im einzelnen dargestellt sind. Die Ständerspulenwicklungsenden sind in bekannter Weise mit den Kommutatorlamellen 19 einer Schalteinrichtung 18 verbunden, die vorteilhafterweise (nach Patentanmeldung Inland 9/10) aufgebaut ist. In der vereinfachten Darstellung in Abb. 1 bedeutenFig. 1 shows an embodiment of a DC machine with an inverted structure and a permanent magnet rotor. Here 11 and 12 are housing parts with openings 11a and 12a for receiving the rotor axis 15. The stator 16 consists of a core made of soft magnetic sheet metal and a plurality of stator winding coils 17, which are not shown in detail for reasons of clarity. The stator coil winding ends are connected in a known manner to the commutator bars 19 of a switching device 18, which advantageously (according to domestic patent application 9/10). In the simplified representation in Fig. 1 mean
21 eine auf der Achse 15 befestigte Hülse, auf der sich das Trägerstück 30 befindet, das seinerseits die Halterung21 a sleeve fastened on the axis 15 on which the support piece 30 is located, which in turn is the holder
22 für die Kontaktrollen 35 trägt. Auf der gleichen Hülse 21 befinden sich isoliert angebracht Schleifringe 23 und 24, die über Leitungen 37 und 37a verbunden sind. Auf den Schleifringen gleiten Stromzuführungsbürsten-Anordnungen 25 und 26, die ihrerseits stationär mit dem Ständeraufbau verbunden sind und (nicht dargestellt) die elektrische Verbindung mit je einem der Pole der Gleichstromquelle darstellen. Gleichfalls stationär auf dem Träger 20 verankert ist der Kommutator mit den Kommutatorlamellen 19. Durchbrüche 11a und 12a im Gehäuse dienen als Halterung für die Lager 13 und 14 der Läuferachse 15.22 for the contact rollers 35 carries. On the same sleeve 21 there are isolated slip rings 23 and 24, which are connected via lines 37 and 37a. Power supply brush assemblies slide on the slip rings 25 and 26, which in turn are stationarily connected to the stand structure and (not shown) the electrical connection each with one of the poles of the direct current source. Also anchored in a stationary manner on the carrier 20 is the commutator with the commutator bars 19. Openings 11a and 12a in the housing serve as a holder for the Bearings 13 and 14 of the rotor axis 15.
Der Läufer 44 enthält Polschuhe aus magnetisch weichem, lamelliertem Material, sowie Permanentmagnete aus Material, das Seltene Erden enthält, sowie andere geeigneteThe rotor 44 contains pole pieces made of magnetically soft, laminated material, as well as permanent magnets Rare earth material and other appropriate materials
r, 0 9 8 1 "> I Π 7 0 1 - 8 -r, 0 9 8 1 "> I Π 7 0 1 - 8 -
Bauteile, die gleichfalls aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt sind.Components that are also not for reasons of simplification are shown.
Abb. 2a zeigt einen Zuschnitt einer Lamelle aus weichmagnetischem Material 200. Diese weist einen Satz öffnungen 201 zur Aufnahme von Formstücken 203 aus perv manentmagnetischem Material auf, sowie einen weiteren Satz öffnungen 202 und eine zentrale öffnung 206.Fig. 2a shows a cut of a lamella made of soft magnetic material 200. This has a set openings 201 for receiving fittings 203 made of perv magnetic material, as well as a further set of openings 202 and a central opening 206.
Abb. 2a ist der Bereich des Zuschnittes 201', jener der bei der Fertigstellung des Läufers zur Ausbildung der einzelnen Polschuhe 201" in Wegfall kommt.Fig. 2a is the area of the blank 201 ', that which is omitted during the completion of the rotor for the formation of the individual pole shoes 201 ″.
Abb. 2b zeigt einen Querschnitt durch einen fertig bearbeiteten Läufer nach der Erfindung. Hierbei sind die Polschuhe aus lameliiertem magnetisch weichem Material mit 201" und die permanentmagnetischen Formstücke mit 203 sowie die Läuferachse mit 204 bezeichnet. Der nicht ausgefüllte Raum der öffnungen 201 sowie die hierfür vorgesehenen öffnungen 202 und der Raum 205 zwischen Läuferachse und der inneren öffnung des eigentlichen Läufers sind ausgegossen, vorzugsweise durch Eingießen von geschmolzenem Aluminium.Fig. 2b shows a cross section through a finished runner according to the invention. Here are the Pole shoes made of laminated magnetically soft material with 201 "and the permanent magnetic fittings with 203 as well the rotor axis is designated by 204. The space of the openings 201 which is not filled in and the space provided for this purpose Openings 202 and the space 205 between the rotor axis and the inner opening of the actual rotor are filled, preferably by pouring molten aluminum.
Die Zuschnitte aus magnetisch geeignetem Material besitzen eine Dicke von 0,5 mm; die Formstücke aus Seltene Erden enthaltendem, permanentmagnetisierbarem Material weisen typisch die Abmessungen 12 χ 20 χ 10 mm auf.The blanks made of magnetically suitable material have a thickness of 0.5 mm; the fittings from rare Permanently magnetizable material containing earths typically have the dimensions 12 × 20 × 10 mm.
R09817 /070 1R0981 7/070 1
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Für eine Läuferlänge von 10 cm sind daher für
jeden Schlitz 10 derartige Formstücke erforderlich. Diese bestehen vorzugsweise aus Kobalt/Seltene Erden Magnetmaterial
bekannter Zusammensetzung. Als Material für doe Läuferachse dient geeigneter Stahl.For a runner length of 10 cm are therefore for
each slot 10 such fittings required. These preferably consist of cobalt / rare earth magnet material of known composition. Suitable steel is used as the material for the rotor axis.
Wie beschrieben, werden die Formstücke aus permanentmagnet!
sierbarem Material im jungfräulichen bzw. pseudojungfräulichen Zustand in die Schlitze geführt, und erst
nach dem Ausgießen und der mechanischen Behandlung durch Anlegen geeigneter Felder magnetisiert.As described, the fittings are made from permanent magnets! manageable material in the virgin or pseudo-virgin state in the slots, and only
magnetized after pouring and mechanical treatment by applying suitable fields.
609812/0701609812/0701
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