DE4213375A1 - Innenläufer, insbesondere für einen bürstenlosen Elektromotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Innenläufer für eine permanentmagnetisch erregte Maschine, insbesondere einen bürstenlosen Elektromotor mit wenigstens einem Paar mit gleichmäßig in Umfangsrichtung an einer Motorwelle angeordneten Permanentmagneten.

Kollektor- oder bürstenlose Elektromotoren, die elektronisch kommutiert werden und mit einem derartigen Innenläufer ausgestattet sind, gehören zum Stand der Technik. Der Rotor oder Innenläufer solcher Motoren besitzt bei einer zweipoligen Ausführung einen Polwinkel in der Größenordnung von 90°, weswegen auch die unwirksame Zone zwischen den beiden Polen etwa 90° beträgt.

Es liegt die Aufgabe vor, einen Innenläufer für eine permanentmagnetisch erregte Maschine, insbesondere einen elektronisch kommutierten bürstenlosen Elektromotor der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine bessere Ausnutzung des Motors gegeben ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Innenläufer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechend dem kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs ausgebildet ist.

In einer bevorzugten Variante ist dieser Innenläufer mit lediglich einem Paar Permanentmagnete ausgestattet. Diese können in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel besonders flach gehalten werden. Sie sind axial magnetisiert. Innen muß dafür gesorgt werden, daß kein magnetischer Kurzschluß entsteht. Das Magnetmaterial muß eine sehr hohe Koerzitivfeldstärke aufweisen. Die einfache, plattenartige Gestalt der Permanentmagnete erlaubt auch die Verwendung von Magnetmaterial, mit dem Permanentmagnete komplizierter Form nicht herstellbar sind. Die einzelnen Teile dieses, zumindest im wesentlichen kreiszylindrischen Rotors bzw. Innenläufers müssen in geeigneter Weise zusammengehalten werden, wobei man auf bekannte Mittel zurückgreifen kann.

Weil die Magnete des bzw. eines Magnetpaares sich relativ nahe an die geometrische Rotorachse hin erstrecken können, erreicht man in Umfangsrichtung eine große Polfläche, welche einen entsprechend großen Magnetfluß zur Folge hat. Dessen Größe hat quadratischen Einfluß und daraus resultiert in der angestrebten Weise die wesentlich verbesserte Motorausnutzung. Die Luftspaltinduktion bleibt auf einem relativ gemäßigten Wert, so daß die magnetischen Kräfte im Luftspalt beherrschbar sind.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Schalen aus Stahl gefertigt sind. Sie können massiv oder in weiterer Ausgestaltung der Erfindung aus gestanzten Blechen hergestellt sein.

Eine bevorzugte Variante der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Magnetpaar die Rotorwelle einen kreisförmigen Querschnitt mit zwei um 180° versetzten Abflachungen aufweist, deren Breite etwa der Dicke der Permanentmagnete entspricht. Beim Ausführungsbeispiel sind etwas schmälere Magnete gewählt worden.

Die Schalen sind in bevorzugter Weise zumindest an die Permanentmagnete angeklebt. In Verbindung mit den Abflachungen ergibt dies eine sehr stabile Ausführung.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß die Schalen und die Permanentmagnete durch eine umhüllende Spritzmasse zusammengehalten sind. Dies schließt natürlich eine zusätzliche Verbindung der Magnete mit den Schalen nicht aus.

Anspruch 7 beschreibt eine Weiterbildung der Erfindung. Die dort erwähnten Bolzen erstrecken sich jedoch nur durch die Schalen, um eine möglichst einfache Gestalt der Permanentmagnete zu gewährleisten bzw. deren spätere Bearbeitung zu vermeiden. Eine Kombination dieser Ausbildung mit derjenigen nach den Ansprüchen 5 und 6 ist durchaus möglich.

Eine weitere Ausbildung der Rotorkonstruktion ergibt sich aus Anspruch 8. Bei den dort erwähnten Stahlprofilen kann es sich um Abschnitte von einem stranggezogenen Stahlprofil handeln, wodurch die Herstellung besonders preiswert wird.

In besonders bevorzugter Weise sind die Permanentmagnete aus Magnetmaterial mit sehr hoher Koerzitivfeldstärke, wie bspw. Samarium-Kobalt oder Neodym-Eisen-Bor, gefertigt.

Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines schematisierten Radialschnitts durch einen Elektromotor mit einem erfindungsgemäßen Innenläufer.

In einem außen kreiszylindrischen Stator 1 befindet sich zentrisch ein Innenläufer 2, der beim Ausführungsbeispiel mit einem Permanentmagnetpaar aus den Permanentmagneten 3 und 4 ausgestattet ist. Mit Ausnahme des Magnetbereichs besitzt der Innenläufer 2 beim Ausführungsbeispiel eine kreiszylindrische Gestalt. Die beiden Permanentmagnete sind plattenartig und sie besitzen gemäß der Zeichnung einen rechteckigen Querschnitt. Aufgrund dieser einfachen Formgebung sind sie auch dann optimal herzustellen, wenn es sich bspw. um Seltenerdemagnete handelt, für die eine komplizierte Formgebung in der Regel nicht in Frage kommt. Die inneren Enden der gemäß der Zeichnung axial magnetisierten Permanentmagnete liegen an Abflachungen 5 und 6 einer Rotorwelle 7 an, die mit Ausnahme dieser Abflachungen einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.

Beidseits der beiden Permanentmagnete 3 und 4 befindet sich je eine Schale 8 bzw. 9 aus ferromagnetischem Material. Bei lediglich einem Permanentmagnetpaar bzw. zwei Permanentmagneten 3 und 4 erstreckt sich jede Schale 8 bzw. 9 über einen Winkel von etwa 165°. Aus der Zeichnung ergibt sich ohne weiteres, daß die Magnete des bzw. sinngemäß jedes Permanentmagnetpaares in einer Radialebene sowie in Verlängerung voneinander angeordnet sind. Um einen magnetischen Kurzschluß der beiden Permantentmagnete zu vermeiden, besteht die Rotorwelle 7 aus nichtmagnetischem Material. Die beiden Schalen 8 und 9 hingegen sind aus ferromagnetischem Material hergestellt, wobei es sich um massive Schalen, aber auch um aus einzelnen Blechen aufgebauten Schalen handeln kann. Entsprechendes gilt für den Stator 1, der beim Ausführungsbeispiel vier Zähne 10 aufweist, die dort jeweils eine Erregerspule 11 tragen. Die Wirkungsweise eines derartigen, elektronisch kommutierten Elektromotors ist an sich bekannt, weswegen hier nähere Ausführungen entbehrlich sind.

Die Permanentmagnete 3 und 4 können an die Abflachungen 5 bzw. 6 der Rotorwelle 7 angeklebt sein. Zusätzlich oder statt dessen kann man die Permanentmagnete auch über Klebeschichten mit den beiden Schalen 8 und 9 fest verbinden. Es ist auch ohne weiteres möglich, den gesamten Rotor mit einer Spritzmasse zu umhüllen, um dadurch - ggf. zusätzlich - den Zusammenhalt der Teile zu gewährleisten. Eine andere oder zusätzliche Möglichkeit besteht in der axialen Verspannung mittels Bolzen, Nieten oder dgl., wobei man zweckmäßigerweise zwei unmagnetische Endscheiben an der Rotorwelle 7 anbringt bzw. auf diese aufsetzt.

Die Luftspaltinduktion dieses Motors bleibt auf relativ gemäßigten Werten, so daß die magnetischen Kräfte im Luftspalt beherrschbar bleiben. Wegen der hohen Energiedichte der Seltenerdemagnete liegt der wirksame Polwinkel dieser Ausführungsform bei etwa 180°.

Claims (9)

1. Innenläufer für eine permanentmagnetisch erregte Maschine, insbesondere einen bürstenlosen Elektromotor, mit wenigstens einem Paar gleichmäßig in Umfangsrichtung an einer Motorwelle (7) angeordneter Permanentmagnete (3, 4), dadurch gekennzeichnet, daß jedes Permanentmagnetpaar aus zwei plattenartigen, in einer gemeinsamen Radialebene angeordneten Permanentmagneten (3, 4) besteht, zwischen deren jeweils innerem Ende sich die aus nichtmagnetischem Material bestehende Rotorwelle (7) befindet, wobei beidseits der Permanentmagnete je eine Schale (8, 9) aus ferromagnetischem Material mit etwa kreisringabschnittförmigem Querschnitt angeordnet ist, deren Außenmantel sich bei einem Magnetpaar über einen Winkel von etwa 160° bis 170° erstreckt.

2. Innenläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalen (8, 9) aus Stahl gefertigt sind.

3. Innenläufer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalen (3, 4) aus gestanzten Blechen gebildet sind.

4. Innenläufer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Magnetpaar die Rotorwelle (7) einen kreisförmigen Querschnitt mit zwei um 180° versetzten Abflachungen (5, 6) aufweist, deren Breite etwa der Dicke der Permanentmagnete (3, 4) entspricht.

5. Innenläufer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalen (8, 9) zumindest an die Permanentmagnete (3, 4) angeklebt sind.

6. Innenläufer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalen (8, 9) und die Permantmagnete (3, 4) durch eine umhüllende Spritzmasse zusammengehalten sind.

7. Innenläufer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Rotorwelle (7) zwei Endscheiben aus unmagnetischem Material aufgesetzt sind, zwischen denen sich die Permanentmagnete (3, 4) und die Schalen (8, 9) befinden, und daß die Endscheiben über Bolzen oder dgl. Elemente miteinander verbunden sind.

8. Innenläufer nach wenigstens einem der Ansprüche 1, 2 und 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalen (8, 9) durch Stahlprofile gebildet sind, die mittels nichtmagnetischer Schrauben, Niete und dgl. miteinander und/oder mit der Rotorwelle (7) verbunden sind.

9. Innenläufer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (3,4) aus Magnetmaterial mit sehr hoher Koerzitivfeldstärke, wie bspw. Samarium-Kobalt oder Neodym-Eisen-Bor, gefertigt sind.