DE3219276A1 - Elektrische gleichstrom-rotationsmaschine mit erregung durch permanentmagnete und verfahren fuer deren herstellung - Google Patents

Description

Ji jlSfri" ·: E5Ji?LE & PARTNER 3 219 2

PAT E N TAN WA LT E DR. ING. E. HOFFiAANN (1930-W6) - DlPl.-ING. W. EITt E ■ D R.RER. NAT. K.H OFFMAN N · Ol Pl.-1 NG. W. LEHN

OlPi.-ING. K. FOCHSlE - DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 - D-SOOO MÖNCHE N 81 - TE IEFON {08») 911087 . TE LEX OS-29il» (PATHE )

Elektrische Gleichstrom-Rotationsmaschine mit Erregung durch Permanentmagnete und Verfahren für deren Herstellung

Die Erfindung betrifft eine elektrische Gleichstrom-Rotationsmaschine mit Erregung durch Permanentmagnete in Form von zylindrisch gebogenen Segmenten und mit einem Stator aus nichtmagnetischem Material, der mit einem Joch aus magnetisch leitfähigem Material versehen ist. Die Maschine ist vor allem für Haushaltsgeräte geeignet. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen . Maschine.

Mit der Entwicklung der Elektronik erzielen Gleichstrommaschinen als Antrieb von Haushaltsgeräten eine stets größere Bedeutung vor.allem dort, wo deren Betrieb gemäß einer vorbestimmten Betriebsfolge vor sich geht, wie dies z. B. bei automatischen Waschmaschinen der Fall ist. Es ist ein Bestreben der Konstrukteure derartiger Antriebe neben dem Erzielen festgelegter Parameter auch eine Konstruktion zu bieten, die einfach und preiswert herzustellen ist. Diesen Bedingungen entsprechen Maschinen mit Permanentmagneten. Deren Anwendung bringt eine Herabsetzung des Kupferverbrauchen, des Gesamtgewichtes und der Maschinenverluste und so eine Besserung des Wirkungsgrades und auch eine Verringerung der zugeführten Energie. Soweit es das Material betrifft, werden überwiegend Ferrite in Form zylindrisch gebogener Segmente wegen ihres wesentlich niedrigeren Preises gegenüber anderem Material verwendet. Eines der Hauptprobleme bei der Anwendung von Permanentmagneten im Zusam-

-A-

menhang mit dem Bau elektrischer Maschinen, insbesondere §

für den gegebenen Zweck > ist deren Befestigung derart, t

daß diese Magnete den erforderlichen magnetischen Fluß |

bei optimaler energetischer Ausnützung des betreffenden J Materials liefern und daß es dabei während des Betriebes

zu keinem mechanischen Lockern der Magnete kommt, was de- : ren Wirkung herabsetzt. Weder mechanische Spannelemente
verschiedener Art, noch ein Kleben der Magnete direkt
im Statorkörper sichern eine genügende mechanische Festig-

keit der Konstruktion. Ein Lockern der Magnete erhöht

die Geräuschentwicklung der Maschine und ändert die Grö- J,

ße des magnetischen Flusses. Eine kompakte Ausführung %

wird durch Vergießen der Permanentmagnete mit Kunststoff |

erzielt. Diese Ausführung erfordert jedoch ein sorgfälti- |

. ges Einstellen der Lage der Magnete vor dem Vergießen, was '$

mit Hilfe besonderer Vorrichtungen ausgeführt wird. Dies si- |

chert jedoch mit Rücksicht auf Toleranzen des magnetischen %

Materials nicht eine optimale Genauigkeit der Geometrie I des magnetischen Kreises. Bei allen Ausführungen muß der -. <;,

Fertigungsaufwand in Betracht gezogen werden, der bei einem f

Massenprodukt ein sehr bedeutsames Kriterium hinsichtlich >;■

der Beurteilung von Vorteilen einer neuen technischen Lösung \

darstellt. J;

Es ist ein Gleichstrom-Elektromotor mit Permanentmagneten %

Ά bekannt, dessen Verkleidung an der Oberfläche öffnungen |

zum Einlegen von Permanentmagneten besitzt, wobei außerhalb % der Umhüllung zusätzliches magnetisch leitfähiges Material JI beigefügt ist, das gleichzeitig die Permanentmagnete be-

festigt. Die Stirnteile dieser rohrförmigen Umhüllung bilden gleichzeitig Lagerschilde des Elektromotors. Das Einführen des Rotors in diese Umhüllung ist sehr schwierig,
und die Herstellung der Umhüllung mit den betreffenden
Sitzflächen ist für die Serienfertigung wegen ihrer Kompli-

ziertheit ungeeignet.

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine behebt diese Nachteile. Deren Wesen ist, daß die Permanentmagnete in einem Käfig aus nichtmagne ti schein Material angeordnet sind, der von zwei Stirnringen, die durch achsiale Balken verbunden sind, gebildet wird, wobei die Seitenwände dieser Balken die tangentiale Lage der Permanentmagnete bestimmen. Die äußere Fläche der Lagerschilde und deren innere zylindrische Fläche bilden Sitzflächen für Stirnringe. Absetzungen der Lagerschilde sind in Achsialrichtung größer als die Breite der Stirnringe und bilden eine Sitzfläche für Permanentmagnete. Die Permanentmagnete und die Stirnringe werden von einem Rotormantel aus magnetisch leitfähigem Material umhüllt.

15' Das Herstellungsverfahren der erfindungsgemäßen elektrischen Gleichstrom-Rotationsmaschine beruht darauf, daß nach dem Bearbeiten der äußeren ebenen Fläche und der inneren zylindrischen Fläche der Stirnringe und nach dem Bearbeiten der Lagerschilde gleichachsig mit der Nabe des Lager-Schildes der komplette Rotor mit dem Rotorlager in einen der Lagerschilde eingesetzt wird. An die Absetzung des Lagerschildes wird der Tragkäfig angeschlossen und an diesen der zweite Lagerschild, in welchem das zweite Rotorlager angeordnet ist, woraufhin in den Tragkäfig Permanentmagnete eingelegt werden, die an Absetzungen der Lagerscheibe anliegen. Danach wird auf den äußeren zylindrischen Flächen der Stirnringe der Statormantel gelegt und dort befestigt.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen elektrischen Gleichstrom-Rotationsmaschine und deren Herstellungsverfahren ist eine vollkommene Gleichachsigkeit der Absetzungen der Lagerschilde mit der Nabe der Lagerschilde, wo sich das Rotorlager befindet. Dies sichert eine vollkommene Gleich-

achsigkeit des Rotors mit dem Stator und somit auch einen gleichförmigen Luftspalt unter den Polen, denn an der Absetzung jedes Lagerschildes sind auch die Segmente der Permanentmagnete gelagert, so daß beim Zusammenstellen auf den Rotor nicht der magnetische Fluß des Stators wirkt. Gleichfalls ist es möglich, auf einfache Weise ein Auswechseln der Permanentmagnete vorzunehmen, soweit die Maschine beim Prüfen wegen Fertigungstoleranzen des Materials der Permanentmagnete oder wegen ungenügendem Magnetisieren der Permanentmagnete nicht die vorgeschriebenen Parameter erfüllt. Es wird vorausgesetzt, daß die Permanentmagnete schon magnetisiert eingesetzt werden.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht in der Möglichkeit eines Herabsetzens der Eigeninduktivität des Rotors (vor allem für Transistorregler geeignet, die mit hoher Schwingungszahl etwa 20 kHz arbeiten) und ferner ein Bessern der Kommutation, falls der Tragkäfig aus elektrisch leitendem Material gefertigt ist. Der Tragkäfig wirkt nämlich in diesem Fall als Dämpfungswindung IKurzschlußwindung). In den Achsialbalken werden Wirbelströme induziert, die gegen die Ursache ihres Entstehens wirken, d. h. der Rotorreaktion.

■iS Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Gleichstrom-Drehmotors ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Achsialschnitt einer Hälfte eines Motors, 30

Fig. 2 einen Radialschnitt durch den Motor gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Achsialschnitt durch einen Stator entlang einem Achsialbalken des Tragkäfigs,

321927b

Fig. 4 einen Schnitt des Stators entlang einer, in Fig. mit A-A bezeichneten Ebene.

Die erfindungsgemäße elektrische Gleichstrom-Rotetionsmaschine weist einen in einem Stator gelagerten Rotor 1 auf, wobei der Stator aus einem Tragkäfig 2 mit zylindrisch gebogenen Segmenten von Permanentmagneten 3, einem Statormantel 4 und Lagerschilden 5 besteht. In einem der Lagerschilde 5 sind Kommutationselemente 6 vorgesehen. Der Tragkäfig 2 besteht zusammen mit den Lagerschilden 5 aus einem magnetisch nicht leitfähigem Material. Der Statormantel 4 besteht aus magnetisch leitendem Material. Der Tragkäfig 2 weist zwei Stirnringe 7, die durch achsiale Balken 8 miteinander verbunden sind, auf. Diese Balken bestimmen die tangentiale Lage der Permanentmagnete 3, • d. h. deren Verteilung am Statorumfang. Die äußere ebene Fläche 9 und die innere zylindrische Fläche 10 der Stirnringe 7 bilden eine Sitzfläche für Absetzungen 11 der Lagerschilde 5. Die Absetzungen 11 sind in achsialer Richtung größer als die Breite der Stirnringe 7, so daß nach dem Einsetzen der Lagerschilde 5 in den Tragkäfig 2 die Absetzung 11 der Lagerschilde 5 eine Sitzfläche für Segmente von Permanentmagneten 3 bildet. Die Absetzungen 11 werden gleichzeitig mit der Nabe 12 des Lagerschildes 5 bearbeitet, in welchem sich das Lager 13 des Rotors 1 befindet. Es wird so eine vollkommene Gleichachsigkeit beider Flächen und so auch eine Gleichachsigkeit des Rotors 1 mit den Hauptpolen gesichert, d. h. einen gleichförmigen Luftspalt zwischen dem Rotor 1 und dem Stator, was sich hinsichtlich der Parameter des Motors vorteilhaft äußert. Die Höhe der Stirnringe 7 des Tragkäfigs 2 in radialer Richtung der Maschine entspricht der Dicke der Segmente der Permanentmagnete 3, so daß der Statormantel 4, der an die äußeren zylindrischen Flächen der Stirnringe 7 des

Tragkörpers anliegt, die Segmente der Permanentmagnete 3 umschließt und ein Statorjoch bildet. Der Statormantel 4 kann die Form eines Rohres haben, das mit einem erforderlichen überstand auf den zusammengestellten Stator aufgeschoben wird. Mit Rücksicht auf Herstellungstoleranzen der Permanentmagnete 3 ist es vorteilhaft, wenn der Stator- || mantel 4 durch wenigstens einen Achsialschnitt 15 unter- § brochan ist. Nach dem Aufschieben des Statormantels 4 auf §

den Stator, immer nach dem Anlegen dessen einzelner Js

W, Teile, ist es möglich, diesen an den Stator genügend anzu- J^

ziehen. Es ist jedoch nötig, daß der Achsialschnitt 15 des |

it Statormantels 4 sich in der Achse eines Hauptpoles be- 1>

findet, da sonst ein Unterbrechen des magnetischen Krei- \ ses des Stators eintreten würde. Die Lagerschilde 5 sind I

entweder durch Bolzen, die an den Achsialbalken 8 durch den | Motor geführt sind, oder durch Kleben am Tragkäfig 2 hefestigt, und zwar immer mit dem Statormantel 4, der z. B. durch radial angeordnete Schrauben mit den Lagerschilden 5 verbunden ist. Es ist vorteilhaft, den Tragkäfig 2 und die Lagerschilde 5 möglichst genau zu gießen, damit nur ein minimales Bearbeiten erforderlich ist.

Das Zusammensetzen des Motors erfolgt so, daß an einzelnen, genau gegossenen Statorteilen die Sitzflächen bearbeitet werden, einerseits die äußere ebene Fläche 9 und die zylindrische innere Fläche 10 des Tragkäfigs 2 und andererseits die Absetzung 11 des Lagerschildes 5 gleichachsig mit der

Nabe 12. Dann wird in einen der Lagerschilde 5 mit eingeleg-

■| tem Lager 13 der Rotor 1 eingesetzt, der Tragkäfig 2 an-

30 gefügt und an diesen der zweite Lagerschild 5 angesetzt,

in dem das zweite Lager 13 des Rotors 1 gelagert ist.

Alle diese Vorkehrungen werden dadurch wesentlich erleich-

J tert, daß im Motor noch keine Permanentmagnete 3 vorhanden

■

ο

sind, deren Anziehungskraft sonst vor allem das Einlegen des Rotors 1 sehr erschweren würde. Erst in den schon zusammengesetzten Stator werden an den Sitzflächen, die durch die überragende Absetzung 11 der Lagerschilde und die Seitenw^ ° der Achsia!balken 8 gebildet werden, die Segmente der Permanentmagnete 3 angelegt und der Statormantel 4 befestigt. Die Permanentmagnete 3 werden in den Tragkäfig 2 vorteilhaft schon magnetisiert eingesetzt. Das Magnetisieren erfolgt mit einer besonderen Vorrichtung. Entsprechend gemessenen Parametern kann dann ein jeweiliges Auswechseln der Permanentmagnete 3 durch bloßes Abnehmen des Statormantels 4 vorgenommen werden, ohne daß es nötig wäre, den ganzen Motor auseinanderzunehmen.

15

25

^3o

36

Claims (5)

1. PAT E N TAN WALT E

   DR. ING. E. HOFFMANN [1»30-1?7ί) . DlPl.-ING. W. EITlE · DR.RER. NAT. K.HOFFMAN N - Dl Pl. -ING. W. LEHN

   DIfU-ING. IC. FOCHSLE - DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABEILASTRASSE < · D-IODO MÖNCHEN 81 - TELPFON (089) »11087 . TELEX 05-29Ä19 {ΡΛΤΗΕ)

   36 933

   Zävody silnoproude elektrotechniky, koncern Praha, Vyzkumny a vyvojovy üstav elektrickych strojü tocivych, Brno, CSSR

   Elektrische Gleichstrom-Rotationsmaschine mit Erregung durch Permanentmagnete und Verfahren für deren Herstellung

   Patentansprüche

   ( 1./Elektrische Gleichstrom-Rotationsmaschine mit Erregung durch Permanentmagnete in Form zylindrisch gebogener Segmente und mit einem Stator aus nichtmagnetischem Material, insbesondere Elektromotor für den Antrieb von Haushaltsgeräten, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (3) in einem Tragkäfig (2) aus nichtmagnetischem Material angeordnet und dabei durch zwei, gegenseitig durch Achsialbalken (8) miteinander verbundenen Stirnringen (7) verbunden sind, wobei die Seitenwände der Achsialbalken (8) die tangentiale Lage der Permanentmagnete (3) bestimmen, und wobei die äußere ebene Fläche (9) der Stirnringe (7) und deren innere zylindrische Fläche (10) jeweils eine Sitzfläche für Absetzungen (11) von Lagerschilden (5) bildet, die in

   Achsialrichtung größer sind als die Breite der Stirnringe (7) und eine Sitzfläche für die Permanentmagnete (3) bildet, und daß die Permanentmagnete (3) zusammen mit den Stirnringen (7) von einem Statorraantel (4) aus magnetisch leitfähigem Material umgeben sind.
2. 2. Elektrische Gleichstrom-Rotationsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Statormantel (4) durch wenigstens einen Achsialschnitt (15) unterbrochen ist.
3. 3. Elektrische Gleichstrom-Rotationsmaschine nach Anspruch oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkäfig (2) aus elektrisch leitfähigem Material besteht und eine Kurzschlußwindung um die Windung des Rotors (1) bildet.
4. . Elektrische Gleichstrom-Rotationsmaschir.e nach Anspruch oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkäfig (2) und die Lagerschilde (5) aus Plastikir.aterial bestehen.
5. 5. Verfahren zum Herstellen einer elCKtrischen Gleichstrom-Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Bearbeiten der äußeren ebenen Fläche (9) und der inneren zylindrischen Fläche

   (10) der Stirnringe (7) und nach dem Bearbeiten der Absetzung (11) der Lagerschilde (5) gleichachsig mit der Nabe des Lagerschildes (5) in einem der Lagerschilde mit dem Rotorlager der komplette Rotor (1) eingesetzt wird, daß an die Absetzung

   (11) des Lagerschildes (5) der Tragkäfig (2) angelegt wird und an diesen das zweite Lagerschild (5) angereiht wird, in welchem das zweite Rotor lager eingelegt wird, daß in den Tragkäfig (2) Permanentmagnete (3) an den Absetzungen (11) der Lagerschilde (5) eingesetzt werden, woraufhin an die äußeren zylindrischen Flächen der Stirnringe (7) der Statormantel (4) angebracht und befestigt wird.