DE4426241A1 - Elektromaschine mit einem Rotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektromaschine, insbesondere eine schnellaufende Außenläufermaschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist durch die DE 38 06 760 A1 bekannt, an einer Außenläu­ fermaschine an der radialen Innenseite des Rotors Flußleit­ elemente zu befestigen und zwischen jeweils zweien dieser Elemente einen Magneten einzulegen.

Bei derartigen Außenläufermaschinen werden die Magnete vor­ zugsweise durch Verkleben am Rotor gesichert, wozu in eine zwischen dem Rotor und der demselben zugewandten Seite des jeweiligen Magneten verbleibende Kammer Klebesubstanz einge­ führt wird. Des weiteren können zwischen jeweils einem Fluß­ leitelement und einem Magneten Abstandshalter vorgesehen sein, durch welche eine weitere Kammer zwischen diesen beiden Ele­ menten gebildet wird, die ebenfalls mit Klebesubstanz füllbar ist. Der Magnet ist demnach an vier Seiten stoffschlüssig ge­ halten.

Es hat sich gezeigt, daß insbesondere bei schnellaufenden Au­ ßenläufermaschinen hohe Dehnbeanspruchungen auf die Verbin­ dungsstellen zwischen den Magneten und den Flußleitelementen einerseits und den Magneten und dem Rotor andererseits ein­ wirken. Die üblicherweise verwendete Klebesubstanz, die nach dem Einbringen rasch aushärtet und dann relativ spröde ist, reagiert auf derartige Dehnbeanspruchungen leicht mit Bruch, so daß eine sichere Funktionsfähigkeit der Außenläufermaschine über längere Betriebszeiten nicht gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Magnete einer Elek­ tromaschine derart an einem Rotor zu befestigen, daß auch hö­ here Dehnbeanspruchungen die Verbindungsstellen zwischen den Magneten und dem Rotor einerseits und zwischen den Magneten und beidseitig derselben angeordneten Elementen nicht zerstö­ ren können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch Ausbildung der Matrix als Elastomer/Kunststoff oder Mi­ schungen ist sichergestellt, daß der jeweilige Magnet eine elastische Verbindung zum Rotor einerseits und zu beidseits des Magneten angeordneten Elementen, wie beispielsweise von Flußleitelementen, aufweist, die demzufolge in der Lage ist, auch höhere Dehnbeanspruchungen am Rotor elastisch aufzuneh­ men, wodurch ein Bruch an den vorgenannten Verbindungsstellen verhindert wird. Dieses elastische Verhalten an den Verbin­ dungsstellen wird anspruchsgemäß dadurch unterstützt, daß durch das Elastomer eine Umhüllung des Magneten gebildet wird, wodurch dieser großflächig gegen diejenigen Kräfte abstützbar ist, die normalerweise zu einem Bruch der Verbindungsstellen und damit zu einem Lösen des Magneten führen. Weiterhin ergibt sich durch die Umhüllung der Vorteil, daß der jeweils allsei­ tig umschlossene Magnet gegen Korrosionseinflüsse geschützt ist.

Um eine Umhüllung zu erhalten, die nicht nur einzelne Magnete, sondern alle entlang des Rotors aufgereihten Magneten um­ schließt und diese somit gemeinsam gegen die einwirkenden Kräfte abstützt, ist es notwendig, das Elastomer/Kunststoff oder Mischungen gemäß Anspruch 2 in zeitlicher Abstimmung an den einzelnen Magneten einzubringen, wobei für die Bildung einer unterbrechungsfreien Umhüllung vorteilhaft ist, das Einbringen des Elastomers/Kunststoffs oder Mischungen nach Anspruch 3 gleichzeitig für alle Magneten vorzunehmen.

Da das Elastomer/Kunststoff oder Mischungen nicht nur eine Verbindung zwischen dem jeweiligen Magneten und dem zugeord­ neten Flußleitelement herstellen soll, sondern eine möglichst vollständige Umhüllung des Magneten, ist es vorteilhaft, die zwischen dem letztgenannten und den Flußleitelementen vorhan­ denen Abstandshalter entsprechend Anspruch 4 hinsichtlich ih­ rer Anzahl sowie ihrer Ausdehnung so gering wie möglich zu halten, da an denjenigen Stellen, an welchen ein Abstandshal­ ter vorgesehen ist, eine Unterbrechung der Umhüllung vorliegt. Es kann allerdings nicht völlig auf derartige Abstandshalter verzichtet werden, da nur über diese die notwendigen Kammern zwischen den Flußleitelementen und den Magneten erzeugbar sind, die zur Ausbildung einer Umhüllung für den Magneten er­ forderlich sind. Die Abstandshalter können auch aus Elastomer oder Kunststoff bzw. aus Fasern bestehen, die eingebettet werden.

Anspruch 5 gibt an, welche Anzahl von Abstandshaltern minimal vorgesehen sein müssen. Gemäß diesem Anspruch sind drei Ab­ standshalter notwendig, um den Magneten bereits vor dem Ein­ bringen des Elastomers in einer festen Relativlage gegenüber den Flußleitelementen zu halten.

In Anspruch 6 ist angegeben, wie die Flußleitelemente in vor­ teilhafter Weise am Rotor befestigt werden könnten. Anspruch 7 gibt eine Weiterbildung hierzu an, wobei die Flußleitelemente über ihre Zapfen in die am Rotor befestigten Ringe einsteckbar sind.

Nach Anspruch 8 ist es vorteilhaft, die Magnete in Radial­ richtung zwischen jeweils zwei Flußleitelemente einzusetzen. Um ein Herausfallen der eingesetzten Magnete vor einer end­ gültigen Sicherung derselben durch Einbringen des Elastomers/Kunststoffs oder Mischungen zu verhindern, ist vorgesehen, die Magnete vorerst durch Haltemittel zu fixieren. Als Haltemittel ist hierbei beispielsweise ein Kleber, der punktförmig aufgetragen werden kann, oder die Erzeugung einer eine Haltefunktion ausübenden Magnetkraft denkbar.

Durch die Montagevorrichtung gemäß Anspruch 9 wird die Befe­ stigung der Flußleitelemente sowie der Magnete am Rotor er­ leichtert, da die besagten Elemente vor einem Überschieben des Rotorringes in ihrer vorbestimmbaren Stellung auf der Mon­ tagevorrichtung positionierbar sind.

In Anspruch 10 ist eine vorteilhafte Ausbildung der Einleit­ vorrichtungen angegeben, wobei vorgesehen ist, jeweils einem Magneten eine Einleitvorrichtung zuzuordnen. Dadurch wird die Bildung einer unterbrechungsfreien Umhüllung begünstigt, da das Elastomer an allen Magneten gleichzeitig in die zugeord­ neten Kammern einbringbar ist und sich demnach hervorragend mit Elastomer vermischen kann, das über die beidseits der be­ sagten Einleitvorrichtung angeordneten weiteren Einleitvor­ richtungen eingebracht ist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Elektromaschine mit einem Außenläufer als Rotor, bei dem im eingezeichneten Winkelbereich Magnete sowie zwischen denselben angeordnete Flußleitelemente vorgesehen sind;

Fig. 2 einen Magneten mit zwei beidseits angrenzenden Flußleitelementen gemäß der Fig. 1 vergrößert herausgezeichnet;

Fig. 3 den Außenläufer gemäß Fig. 1 nach dem Schnitt I-I, aufgesetzt auf eine Montagevorrichtung.

In Fig. 1 ist eine Elektromaschine 1 mit einem Außenläufer 2 als Rotor dargestellt, dessen Rotorgehäuse 26 im radial äuße­ ren Bereich eine sich in Achsrichtung erstreckende, ringförmige Wand 3 (Fig. 3) aufweist. Die letztgenannte dient zur Aufnahme von Magneten 4 sowie von beidseits jeweils eines Magneten 4 angeordneten keilförmigen Flußleitelementen 5, die nachfolgend kurz als Flußleitkeile 6 bezeichnet sind.

Wie aus Fig. 2 deutlich hervorgeht, verbleibt zwischen der ringförmigen Wand 3 des Rotorgehäuse 26 und jeweils einem Ma­ gneten 4 eine Kammer 8. Weitere Kammern 9, 10 werden dadurch gebildet, daß an den Flußleitkeilen 6 im radial äußeren sowie im radial inneren Bereich jeweils ein Abstandshalter 11 aus­ gebildet ist. Diese Abstandshalter 11 sind vorzugsweise nicht auf der gesamten Tiefe der Flußleitkeile 6 ausgebildet, son­ dern erstrecken sich nur auf vergleichsweise geringer Länge. Sie müssen auch nicht, wie in Fig. 2 dargestellt, an den Flußleitkeilen 6 angebracht sein, sondern können ebenso Teil des Magneten 4 sein. Des weiteren sind ebenso Abstandshal­ ter 11 denkbar, die nicht radial außen oder radial innen am jeweiligen Element (Magnet 4, Flußleitkeil 6) angeordnet sind, sondern im dazwischenliegenden Bereich. Besonders vorteilhaft ist hierbei eine Ausbildung mit insgesamt drei Abstandshal­ tern, wobei zwischen einem der Flußleitkeile 6 und dem Ma­ gneten 2 zwei mit Abstand zueinander angeordnete Abstandshal­ ter 11 vorgesehen sind, während zwischen dem gleichen Magneten und dem auf der anderen Seite angeordneten Flußleitkeil 6 nur ein Abstandshalter vorhanden ist. Diese Ausführung ist deshalb besonders vorteilhaft, weil bereits drei Abstandshalter genü­ gen, um dem Magneten zwischen den beiden Flußleitkeilen 6 eine stabile Lage zu sichern. Andererseits ist aufgrund der ge­ ringen Anzahl an Abstandshaltern 11 eine maximale Ausdehnung der Kammern 9, 10 gewährleistet. Der Vorteil einer Ausbildung möglichst großer Kammern 9, 10 liegt darin, daß diese durch Einbringen einer Klebesubstanz 12 in Form eines Elastomers 13 mit dem letztgenannten ausgefüllt werden, so daß sich dieses entlang nahezu der gesamten Oberfläche an den drei Seiten des Magneten, an denen dieser entweder am Rotorgehäuse 26 oder an einem der Flußleitkeile 6 anliegt, verteilen kann. Dadurch ist eine nahezu lückenlose Umhüllung 14 des Magneten 4 durch das Elastomer 13 herstellbar.

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, sind die Flußleitkeile 6 an ihren axialen Enden mit Zapfen 15 ausgebildet, die mit der Längsachse der Flußleitkeile 6 fluchten. Die Zapfen 15 ragen in Ausnehmungen 18 von Lagerelementen 19, von denen jeweils eines an je einem axialen Ende der Flußleitkeile 6 angeordnet ist. Die Lagerelemente 19 werden durch jeweils einen Ring 20 gebildet, der, wie aus Fig. 3 zu sehen, mit seinem Innen­ durchmesser auf einer hülsenförmigen Montagevorrichtung 22 angeordnet ist, die an ihrem in Fig. 3 rechten Ende einen An­ schlag 24 für einen der Ringe 20 bildet. Der Anschlag 24 wird durch eine flanschartig nach radial außen laufende Aufwei­ tung 25 der Montagevorrichtung 22 gebildet und dient außerdem als Anschlag 24 für die am Rotorgehäuse 26 vorgesehene Wand 3.

Vor einem Aufsetzen des Rotorgehäuses 26 werden zwischen die in den Lagerelementen 19 aufgenommenen Flußleitkeile 6 die Magnete 4 von radial außen her eingelegt und durch Haltemit­ tel 27 fixiert. Als Haltemittel 27 ist hierbei denkbar, zu­ mindest punktweise an Verbindungsstellen der Magnete 4 zu den Flußleitkeilen 6, vorzugsweise also an den Abstandshaltern 11 Klebesubstanz aufzubringen, wobei die letztgenannte als Haltemittel 27 wirksam ist. Ebenso ist denkbar, die Magnete 4 durch Magnetwirkung in ihrer vorbestimmten Stellung zu halten.

Sobald alle Magnete 4 eingesetzt sind, wird durch eine axiale Verschiebebewegung das Rotorgehäuse 26 übergeschoben, bis es mit dem freien Ende seiner ringförmigen Wand 3 an den An­ schlag 24 der Montagevorrichtung 22 in Anlage kommt. Die letztgenannte weist an ihrem anschlagseitigen Ende jeweils im Bereich eines Magneten eine Einleitvorrichtung 28 auf, die durch einen im wesentlichen in Achsrichtung nach innen ver­ laufenden, bis unmittelbar zu wenigstens einer der Kammern 8,9 oder 10 des Magneten 4 führenden Kanal 29 gebildet wird. Die­ ser Kanal durchdringt also einerseits die radiale Aufweitung 25 und andererseits den an dieser zur Anlage kom­ menden Ring 20 des Lagerelementes 19. Die Einleitvorrich­ tung 28 dient dazu, eingebrachtes Elastomer 13 durch die Auf­ weitung 25 und das Lagerelement 19 zur jeweiligen Kammer 8,9 oder 10 des Magneten 4 zu transportieren. Da vorzugsweise durch eine hierfür geeignete Vorrichtung an allen Einleitvor­ richtungen 28 gleichzeitig Elastomer 13 eingegeben wird, ge­ langt dieses auch gleichzeitig in die Kammern 8, 9 und 10 der Magneten 4 und kann über Zwischenräume 40, die zwischen dem Rotorgehäuse 26 des Außenläufers und der radialen Außenseite der Flußleitkeile 6 verbleiben, von einer der Kammern 8, 9, 10 in die nächste gelangen, so daß radial außerhalb der Fluß­ leitkeile 6 die gemeinsame Umhüllung 14 für alle Magneten 4 entsteht. Ebenso besteht für das Elastomer 13 die Möglichkeit, durch einen Ringspalt 30, der zwischen der radialen Innenseite des am Anschlag 24 anliegenden Lagerelementes 19 und dem zy­ lindrischen Bereich der Montagevorrichtung 22 verläuft, sich gleichmäßig zu verteilen und dadurch auch an der radialen In­ nenseite der Magnete eine umlaufende Umhüllung 14 zu bilden. Nach Verfestigung des Elastomers 13 bildet diese Umhüllung einerseits einen Schutz der Magnete 4 gegen Korrosion und stützt sie andererseits gegen die Einwirkung äußerer Kräfte ab.

Sobald das Elastomer 13 verfestigt ist, kann durch eine Axi­ albewegung die Montagevorrichtung 22 gemäß Fig. 3 nach rechts herausgezogen werden. Die Montage des Außenläufers 2 ist damit beendet.

Claims (11)

1. Elektromaschine mit einem Rotor, an welchem eine Mehrzahl von Magneten über eine Matrix (Klebesubstanz) befestigt sind, die vorzugsweise außer an ihren dem Rotor zuge­ wandten Seiten auch an weiteren Seiten, beispielsweise an den in Umfangsrichtung jedes Magneten ausgerichteten Seiten zur Verbindung mit einem jeweils benachbarten, ebenfalls am Rotor befestigten Element, beiträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix (12) als Elastomer/Kunststoff oder Mischungen (13) wirksam ist, das durch Einbringen in Kammern (8, 9, 10) am jeweiligen Magneten (4) oder Flußleitkeil als eine denselben gegen betriebsbedingte Kräfte abstützende Umhüllung (14) wirk­ sam ist.

2. Elektromaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbringen des Elastomers (13) in die Kam­ mern (8, 9, 10) am jeweiligen Magneten (4) in vorbestimm­ barer zeitlicher Abstimmung mit dem Einbringen in Kam­ mern (8, 9, 10) an den jeweils benachbarten Magneten (4) über eine Einleitvorrichtung (28) erfolgt.

3. Elektromaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Elastomer (13) über jeweils eine Ein­ leitvorrichtung (28) pro Magneten (4) zeitgleich für alle Magneten (4) in die Kammern (8, 9, 10) einbringbar ist.

4. Elektromaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, mit Flußleit­ elementen als beidseitig jedes Magneten angeordneten Elementen, die von dem Magneten jeweils über Abstandshalter getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine möglichst geringe Anzahl von Abstandshaltern (11) vorgesehen ist, deren Querschnitt vorzugsweise vernachlässigbar klein ist.

5. Elektromaschine nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest drei Abstandshalter (11) pro Ma­ gneten (4) vorgesehen sind, von denen zwei an einer einem Flußleitelement (5) zugewandten Seite und eines an der hierzu gegenüberliegenden Seite, der ebenfalls ein Fluß­ leitelement (5) zugewandt ist, ausgebildet sind.

6. Elektromaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) Lagerelemente (19) zur formschlüssigen Aufnahme der Flußleitelemente (5) aufweist.

7. Elektromaschine nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lagerelemente (19) durch am Rotor (2) befestigte Ringe (20) gebildet werden, die mit Ausnehmungen (18) zur Aufnahme von vorzugsweise in Achs­ richtung verlaufenden Zapfen (15) der Flußleitele­ mente (5) vorgesehen sind.

8. Elektromaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (4) in Radialrichtung zwischen jeweils zwei Flußleitelementen (5) einsetzbar und bis zum Ein­ bringen des Elastomers (13) durch Haltemittel (27) fixierbar sind.

9. Elektromaschine nach Anspruch 1, 6 oder 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lagerelemente (19) zusammen mit den Flußleitelementen (5) und den Magneten (4) vor einem in Achsrichtung erfolgenden Überschieben eines Rotorgehäu­ ses (26) auf einer Montagevorrichtung (22) positionierbar sind.

10. Elektromaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Montagevorrichtung (22) eine Mehrzahl von jeweils im Erstreckungsbereich eines Magneten (4) mündende Ein­ leitvorrichtungen (28) aufweist, über welche das Elastomer/Kunststoff oder Mischungen (13) in die dem Ma­ gneten (4) zugeordneten Kammern (8, 9, 10) leitbar ist.

11. Elektromaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer, der Kunststoff oder Mischung eine Bruchdehnung größer als 20%, eine Dämpfung zwischen 0,2-1 und eine Shore Härte zwischen 40-70 aufweist.