DE69611700T2

DE69611700T2 - Dauermagnetrotor für einen elektromotor

Info

Publication number: DE69611700T2
Application number: DE69611700T
Authority: DE
Inventors: Romeu Moebius
Original assignee: Empresa Brasileira de Compressores SA
Current assignee: Whirlpool SA
Priority date: 1995-10-04
Filing date: 1996-10-01
Publication date: 2001-08-09
Anticipated expiration: 2016-10-02
Also published as: US5939809A; EP0888660A1; CN1198852A; DE69611700D1; JPH11512918A; ATE198958T1; CN1076897C; ES2157009T3; JP3833256B2; KR100450524B1; EP0888660B1; WO1997013311A1; BR9504773A; KR19990022095A

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Rotoranordnung für einen Elektromotor mit Permanentmagneten, insbesondere der Art, die in hermetischen Kompressoren von Kühlgeräten verwendet wird.

Hintergrund der Erfindung

Rotoren mit Permanentmagneten bestehen aus einem zylindrischen Kern aus solidem oder gewalztem Eisen, um den mehrere Magnete angeordnet sind, die üblicherweise aus Strontium- oder Bariumferrit oder aus Samariumcobalt bestehen und allgemein in Form gewölbter Platten vorliegen, die Innenflächen mit einer Kontur aufweisen, die mit der Umfangskontur des Rotors, an dem die Magnete montiert sind, zusammenfällt.
Während des Betriebs unterliegen die Rotoren mit den Magneten Zentrifugalkräften, Kraftmomenten und Spannungen thermischen Ursprungs, alle mit sehr hoher Intensität. Aufgrund dieser Kräfte kommt dem Halt der Magnete am Rotor eine große Bedeutung bei der Bestimmung des Wirkungsgrades des Motors zu. Im Stand der Technik sind verschiedene Methoden und Techniken zum Halten der Magnete am Rotor bekannt, wie z. B. im US-Patent 5,175,461 (Ziegler) beschrieben. Unter den üblichen Techniken zum Halten der Magnete am Rotor sind die folgenden bekannt: Anleimen der Magnete an der Außenseite des Rotors; die Magnete nahe dem Rotorkern durch einen äußeren Hüllkörper unter Druck um den Rotorkern herum anordnen, mit oder ohne Verwendung von Leim zum Vorbefestigen der Magnete am Kern; und Einschließen der Magnete in einer Struktur, wie z. B. einem um den Kern herum montierten Käfig, wobei die Magnete an vorbestimmten Positionen in der Struktur angeordnet sind.
Mit Ausnahme der Technik des Einschließens des Magneten lassen es die anderen zuvor erwähnten Techniken nicht zu, einen Rotor zu erhalten, der eine hohe Verläßlichkeit gewährleistet und während der Lebensdauer des Motors unverändert eine bestimmte Leistung beibehält. Die Hauptfehler, die bei den nach diesen Techniken hergestellten Rotoren auftreten können, sind: Beschädigung der Magnete aufgrund des Auftretens von Rissen, Splittern usw.; Beschädigung des Leims, der zum Befestigen der Magnete am Kern verwendet wurde, mit Verlust seiner Eigenschaften und sogar seiner Funktion, wodurch Rückstände entstehen können; und Beschädigung des äußeren Hüllkörpers, der die Magnete umgibt, mit permanenten Verformungen und Verlust seiner Funktion, falls er eine Vorspannfunktion erfüllt, was den Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Anker beeinträchtigen kann. Die Verwendung von Hüllkörpern aus einem dünnen Material, üblicherweise Eisen, Stahl, Messing, Kupfer, Aluminium usw., bringt auch Probleme mit elektrischen Verlusten mit sich, die bei bestimmten Anwendungen sehr hoch sein können. Zudem können die Hüllkörper, wenn sie aufgrund der Betriebsvorschrift der Anlage, in welcher der Rotor montiert ist, ständigen und anhaltenden Temperatur- und Drehungsschwankungen ausgesetzt sind, irreversible Verformungen erleiden.
Während die Magnete relativ hohen Druckkräften standhalten können, sind sie zerbrechlich im Hinblick auf Zug und Stoß. Die bekannten Lösungen, bei denen die Magnete am Kern eng gepackt sind, führen zu Druck- und Zugkräften, wobei jedoch auch Scherkräfte in weniger merklicher Form auftreten können, die durch Drehmoment und Beschleunigungen bedingt sind.
Unter den Beanspruchungen, die sowohl die Magnete als auch den Hüllkörper beeinflussen, sind die Beanspruchungen thermischen Ursprungs üblicherweise von größerer Bedeutung als die anderen Beanspruchungen, die von den Elementen während des Betriebs des Motors, an den sie gepackt sind, aufgenommen werden. Die Wärmebeanspruchungen hängen jedoch von der Art, in der die Magnete am Rotor gehalten werden, und von der Temperaturveränderung ab, welcher der Motor ausgesetzt wird.
Der Ursprung der Wärmebeanspruchungen beruht auf der Tatsache, daß die Koeffizienten der Wärmedehnung des Materials, aus dem der Magnet gefertigt ist, und des Materials von Kern, Hüllkörper und Leim sich voneinander unterscheiden. Der Unterschied in den Wärmedehnungs- Koeffizienten führt zu der Neigung des Auftretens von Relativverschiebungen zwischen den Elementen, was die physikalische Integrität der Magnete beeinträchtigen kann, und zwar hauptsächlich dann, wenn deren Befestigung am Kern durch Leimen oder durch Verwendung eines Hüllkörpers erfolgt, der sie nahe am Kern hält.
Neben dem unterschiedlichen Wärmedehnungs-Koeffizienten der Materialien, welche die vorgenannten Elemente bilden, haben die Magnete aufgrund ihrer Bauweise und magnetischen Ausrichtung unterschiedliche Wärmedehnungs-Koeffizienten, die entsprechend ihren Abmessungen in Radial-, Quer- und Längsrichtung veränderlich sind.
Obwohl die Lösung, bei der das Einschließen von Magneten angewandt wird, die oben erwähnten Probleme der Lösungen mit Leim und Hüllkörpern löst, hat sie andere Nachteile, wie z. B. hohe Kosten und eine Herabsetzung des Motorwirkungsgrades aufgrund des großen Luftspalts, der in Abhängigkeit von den erforderlichen, großen Konstruktionsabmessungen vorgesehen ist, da die Materialien mit geringen Verlusten strukturell zerbrechlich sind oder hohe Kosten verursachen.
Aufgrund der zuvor beschriebenen Nachteile ist die Anwendung der bekannten Lösungen nach dem Stand der Technik bei Geräten, die niedrige Kosten, eine geringe Erzeugung von Rückständen und eine hohe Zuverlässigkeit erfordern, wie dies z. B. bei hermetischen Kompressoren für Kühlsysteme der Fall ist, nicht zu empfehlen.

Beschreibung der Erfindung

Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher allgemein die Bereitstellung eines Rotors mit Permanentmagneten für Elektromotoren, der, ohne den Luftspalt zwischen Läufer und Ständer merklich zu vergrößern, die Magnete am Rotor befestigt hält, ohne diese Magnete Beanspruchungen auszusetzen, die ihre Integrität beeinträchtigen können.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es insbesondere, eine Magnetkonstruktion bereitzustellen, die nicht die bekannten Nachteile aufweist, wenn sie mittels eines sie umgebenden äußeren Hüllkörpers am Rotor befestigt ist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Magnetkonstruktion für den Rotor eines Elektromotors bereitzustellen, die den Effekt von Spannungen über dem ihn umgebenden äußeren Hüllkörper minimiert und Verformungen des letzteren verringert.
Dieses Ziel und andere werden durch einen Rotor mit Permanentmagneten für einen Elektromotor erreicht, der einen Rotorkern, mehrere Magnete, die um die Umfangsfläche des Kerns herum sowie in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind, und einen äußeren Hüllkörper aufweist, der die Magnete am Rotorkern fixiert, wobei jeder Magnet auf dem Kern über entsprechende Stützmittel aufsitzt, die gegen Verschiebungen relativ zu jedem Magneten arretiert und in paralleler Ausrichtung zueinander sowie zur Rotorachse und symmetrisch zu einer Längs-Symmetrieebene des Magneten sowie in einem Abstand voneinander, der kleiner als der Abstand zwischen den seitlichen Endkanten des Magneten ist, angeordnet sind, um den Abstand zwischen den Bereichen zu minimieren, in denen die Reaktionskraft des Rotorkerns und des äußeren Hüllkörpers unter unterschiedlichen Temperaturbedingungen des Rotors auf jeden Magneten ausgeübt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Die Fig. 1, 1a und 1b schematisch und im Querschnitt einen aus dem Stand der Technik bekannten Magneten, der an einem Rotor montiert ist, unter drei verschiedenen Temperaturbedingungen;
die Fig. 2, 2a und 2b schematisch und im Querschnitt einen Magneten, der an einem Rotor befestigt ist, unter den drei verschiedenen Temperaturbedingungen aus den obigen Fig. 1, 1a und 1b, aber gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 schematisch einen Querschnitt durch einen Rotor, wobei die Magnete gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildet sind;
Fig. 4 schematisch und im Querschnitt einen Rotor, der mit Magneten und einem äußeren Hüllkörper versehen ist, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 schematisch und im Querschnitt einen Rotor, der mit Magneten und einem äußeren Hüllkörper versehen ist, gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
die Fig. 6, 6a, 6b und 6c andere Bauweisen für die Stützmittel und Abstandselemente gemäß der vorliegenden Erfindung.

Beste Weise zur Ausführung der Erfindung

Gemäß den Darstellungen zeigt Fig. 1 eine Rotoranordnung mit einem zylindrischen Kern 1 eines Rotors, der um seine Oberfläche in Umfangsrichtung mehrere Magnete 2 trägt, die gemäß dem Stand der Technik ausgeführt sind. Bei dieser Bauweise hat jeder Magnet 2 eine Innenfläche 3, die am Kern 1 anliegt, eine Außenfläche 4 und Endflächen 5, wobei die Innenfläche 3 und die Außenfläche 4 bogenförmig und konzentrisch ausgebildet sind und mit der Umfangsfläche des Rotorkerns 1 zusammenfallen, wenn sie sich unter einer Temperaturbedingung T1 befinden. Bei dieser Temperaturbedingung sitzen die nach dem Stand der Technik ausgebildeten Magnete 2 perfekt an der Umfangsfläche des Rotorkerns 1. Der Innenradius jedes Magneten 2 fällt mit dem Radius des Rotors 1 zusammen.
Schwankungen der Betriebstemperaturen setzen die Magnet-Rotorkern-Anordnung Verformungsbeanspruchungen aus, welche den zuvor genannten perfekten Sitz ändern und zu Situationen führen, in denen sich Magnet und Kern voneinander lösen. Wenn sie einer Temperatur T2 ausgesetzt werden, die sich von T1 unterscheidet, fällt die Wärmewirkung bei jedem Element der Anordnung aufgrund der unterschiedlichen Wärmekoeffizienten ihrer Materialien unterschiedlich aus. Bei dieser Temperatur T2 (n Fig. 1a gezeigter Zustand) wird jeder Magnet 2 in eine Verformungssituation gebracht, die zu einem bestimmten Loslösungsgrad relativ zum Rotorkern 1 führt, wobei das Loslösen durch eine Änderung des Innen- und Außenradius jedes Magneten 2 in bezug auf den Radius des Rotorkerns 1 bedingt ist. Die Temperaturbedingung T2 führt zu einer "Kontraktions"-Situation der Magnete 2, deren Innen- und Außenradius relativ zum Radius des Rotorkerns 1 verringert wird. Als Folge dieser Kontraktion wird jeder Magnet 2 in einen Kopplungszustand relativ zum Rotor 1 verbracht, wobei die Stütze des Magneten am Kern nur durch Kontakt der Endseitenbereiche seiner Innenfläche mit der Umfangsfläche des Kerns erreicht wird, wodurch entlang der Längsausdehnung der letzteren zwei Stützlinien gebildet werden, die zueinander und zur Rotorachse parallel verlaufen, erreicht wird. Bei diesem Loslösungszustand wurden die Seitenbereiche der Innenfläche 3 jedes Magneten 2 einander angenähert, indem sie entlang der Umfangsfläche des Rotorkerns 1 verschoben wurden, während ein Mittelabschnitt 6 des Magneten 2 dazwischen in einen maximalen Abstand vom benachbarten Umfangsflächenabschnitt des Rotorkerns 1 verschoben wurde, mit dem er unter der Temperaturbedingung T1 Kontakt hatte. Dieser Loslösungszustand kann als "stabiler Loslösungszustand" bezeichnet werden, da im Querschnitt zwei Punkte vorhanden sind, an denen der Magnet 2 auf dem Rotorkern 1 gestützt wird.
Unter dieser Temperaturbedingung T2 sind die Kontaktbereiche jedes Magneten 2 relativ zum Rotor 1 durch den Kontakt der Endseitenränder der Innenfläche 3 jedes Magneten 2 festgelegt, die bei dieser Temperaturbedingung in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der kleiner als der der Endseitenränder im Temperaturzustand T1 ist, wobei diese Abstände auf einer Ebene gemessen werden, die quer zur Geometrieachse des Rotorkerns 1 verläuft. Bei dieser Bauweise hat der Innenflächenabschnitt 3 der Magnete 2 zwischen den Magnet-Kern-Kontaktbereichen unter der Temperaturbedingung T2 einen Radius, der kleiner als der des Rotorkerns 1 ist. Unter der Temperaturbedingung T2 ist das Gleichgewicht zwar stabil, aber der Magnet 2 ist hohen Beanspruchungen ausgesetzt, die noch verstärkt werden, wenn der Magnet 2 durch Verleimen am Rotorkern 1 befestigt wird. Wenn jedoch ein äußerer umgebender Hüllkörper vorgesehen ist, der die Magnete 2 am Rotorkern 1 hält, erzeugt die Ausbreitung des Mittelabschnitts 6 jedes Magneten 2 einen Druck gegen einen benachbarten Abschnitt des äußeren Hüllkörpers, der sich beim Versuch, die in diesem Bereich bestehenden Spannungen abzubauen, verformen kann. Dieser Spannungsabbau führt zur Ausbildung von Luftspalten, die das Auftreten eines Zwischenraumes zwischen den Magneten und dem Rotor während des Betriebs des letzteren durch die Wirkung der Zentrifugalkraft erlauben, die durch die Drehbewegung des Rotors erzeugt wird, was den Wirkungsgrad der Anordnung beeinflußt.
Die Spannung, die auf jeden Magneten 2 einwirkt, rührt vom Auftreten binärer Kräfte auf diesen her, wobei ein großer Abstand zwischen den Punkten vorliegt, an denen die beteiligten Kräfte aufgebracht werden. Die Radialkräfte, die über die Magnete 2 wirken, rühren von der Reaktion des Rotorkerns 1 an den Magnet-Kern-Kontaktbereichen, d. h. an den Endseitenbereichen des Magneten 2, sowie von der Reaktion des Hüllkörpers am Mittelabschnitt des Magneten 2 her.
Wenn die Magnet-Kern-Anordnung einer anderen Temperaturbedingung T3 ausgesetzt wird, die sich von T1 unterscheidet und umgekehrt zu T2 ist, führt die Wärmewirkung auf die Elemente der Anordnung den Magneten 2 in eine Verformungssituation, die ein weiteres Loslösen relativ zum Rotorkern 1 verursacht, das von dem verschieden ist, das beim Temperaturzustand T2 eintrat, obwohl dieses Loslösen ebenfalls von einer Änderung des Innen- und Außenradius jedes Magneten 2 relativ zum Radius des Rotorkerns 1 herrührt. Die Temperaturbedingung T3 führt zu einer Situation mit einer "Ausdehnung" der Magnete 2, deren Innen- und Außenradius relativ zum Radius des Rotorkerns 1 zunehmen. Als Folge dieser Ausdehnung wird jeder Magnet 2 in einen Kopplungszustand mit dem Rotorkern 1 überführt, in dem das Stützen des Magneten 2 auf dem Kern 1 nur durch Kontakt des Mittelbereiches der Innenfläche des Magneten 2 mit der Umfangsfläche des Rotorkerns 1 erreicht wird, wodurch entlang der Längsausdehnung des letzteren ein einziger, mittlerer Kontaktbereich festgelegt ist, der parallel zur Rotorachse verläuft. Bei diesem Kopplungszustand wurden die Endseitenbereiche der Innenfläche 3 jedes Magneten 2 gegenseitig voneinander entfernt und von der Umfangsfläche des Rotorkerns 1 um einen maximalen Abstand des Zwischenraums Magnet-Kern für diese Bereiche wegbewegt, wodurch sie unter der Temperaturbedingung T1 oder unter der Temperaturbedingung T2 den Kontakt aufrechterhielten. Bei der Temperaturbedingung T3 ist die Verbindung instabil, da sie im Querschnitt nur in einem mittleren Kontaktbereich mit der Umfangsfläche des Rotorkerns 1 erfolgt. Diese Instabilität stört die Montage und die Stabilität der Anordnung und erzeugt zudem höhere Beanspruchungen an letzterer, als die, die unter der Temperaturbedingung T2 bei einer der Möglichkeiten zur Magnetbefestigung am Kern, d. h. durch Leimen und/oder Anbringen eines äußeren Hüllkörpers, existieren. Unter dieser Temperaturbedingung T3 besteht immer noch die Möglichkeit eines gegenseitigen Verschleißkontaktes zwischen den Endseitenbereichen zweier jeweils benachbarter Magnete 2.
Bei der Magnetkonstruktion nach dem Stand der Technik sind die Bereiche der Konzentration der Binärwirkungskomponenten der Kräfte, die auf jeden Magneten einwirken, und der aufgebrachten Kräfte zwischen den Zuständen des Zusammenziehens und der Ausdehnung, denen die Magnete aufgrund der Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, modifiziert. Im Kontraktionszustand nähern sich diese Bereiche einander an, während sie bei der Ausdehnung in einem Abstand voneinander verlaufen. Beim ersten dieser Zustände (Zustand T2) rührt die wichtigste Reaktionskraft von der Reaktion des umgebenden äußeren Hüllkörpers gegen den Mittelbereich als Antwort auf das Streben des Hüllkörpers her, sich vom Rotorkern wegzubewegen. Der Druck des Rotorkerns auf die Endseitenränder jedes Magneten 2 wirkt in der entgegengesetzten Richtung zu dem des umgebenden äußeren Hüllkörpers. Im anderen der zuvor genannten Zustände (Zustand T3) wirkt die Reaktionskraft des äußeren Hüllkörpers auf jeden Magneten gegen die Endseitenränder der Magnete derart, daß sie zum Anliegen an den Rotorkern 1 zurückkehren, während der letztere entgegen dem Druck des Mittelbereiches jedes Magneten 2 auf den Rotorkern 1 reagiert.
Zu den Beanspruchungen im Zusammenhang mit den Binärwirkungen kommen zu den Zug/Druck- Wirkungen, die durch die Wirkung der Zentrifugalkräfte verursacht werden, welche während des Betriebs des Motors auftreten, auch noch die Scherbeanspruchungen, die von den Drehkräften aufgrund des bestehenden Drehmomentes und der Beschleunigungen herrühren und bei den obigen Ausführungen nicht berücksichtigt wurden. Als Folge der Summe dieser Beanspruchungen ergibt sich das Splittern und Brechen der Magnete 2 und/oder die Verformung oder das Brechen des umgebenden äußeren Hüllkörpers, der die Magnete am Kern hält.
Obwohl diese Situationen im Hinblick auf einen bestimmten Zustand der Koeffizienten der Wärmedehnung und der magnetischen Ausrichtung der beteiligten Materialien erörtert wurden, treffen die dargelegten Folgen auch auf die anderen Zustände zu, die nicht erwähnt wurden.
Die Fig. 2 bis 5 zeigen verschiedene Ausführungsformen von Rotoren gemäß der vorliegenden Erfindung, welche die bei der Bauweise nach dem Stand der Technik vorhandenen Probleme auf ein Minimum reduzieren.
Gemäß den Fig. 2, 2a und 2b werden die zuvor besprochenen Beanspruchungen dadurch minimiert, daß zwischen dem Rotorkern 10 und den Magneten 20 Rotorkern-Magnet-Stützmittel vorgesehen sind, die zwei Kontaktausrichtungen mit der Umfangsfläche des Rotorkerns 10 festlegen, wobei die Ausrichtungen die gesamte axiale Erstreckung des zugeordneten Magneten 20 einnehmen und zueinander sowie zur Rotorachse parallel verlaufen sowie relativ zu einer Symmetrieebene X des Magneten jeweils symmetrisch angeordnet sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt die Bereitstellung von Stützmitteln zwischen jedem Magneten 20 und dem Rotorkern 10 in vorbestimmten Bereichen die Bereiche für die Anwendung der Zweikomponenten-Kräfte, die, da die Temperaturschwankungen, denen der Rotor ausgesetzt ist, und die Kraftangriffsarme kleiner als die nach dem Stand der Technik sind, ihre Maximalwerte ausgeglichen haben und auf Werte innerhalb der technischen Sicherheitsgrenzen verringert sind.
Bei einer Weise zur Ausführung der Erfindung, die in den Fig. 2, 2a, 2b und 3 dargestellt ist, sind die Stützmittel in jeden Magnet 20 von dessen Innenfläche 21 her in Form radialer Vorsprünge 30 eingebracht, die vorzugsweise durchgängig und in einem Abstand D1 voneinander angeordnet sind, der kleiner als der Abstand zwischen den Endseitenkanten 22 des Magneten 20 ist, wobei diese Abstände in einer quer zur Rotorachse verlaufenden Ebene gemessen werden.
Außerhalb der Vorsprünge 30 weist die Innenfläche 21 jedes Magneten 20 ein abgeschrägtes Ende mit vorzugsweise bogenförmigem Profil auf, das ein Anliegen dieses Bereiches gegen die Umfangsfläche des Rotorkerns 10 unter der Temperaturbedingung T2 verhindert.
Jeder Magnet 20 wird, wenn er der Temperaturbedingung T2 ausgesetzt ist, in den "Kontraktions"- Zustand überführt, wie er im Stand der Technik erörtert ist, bei dem sich die axialen Vorsprünge 30 einander nähern und dadurch den Abstand D1 zwischen sich sowie folglich auch den Radius der Innenfläche 21 jedes Magneten 20 zwischen den Vorsprüngen 30 verringern. Durch diese Annäherung werden die Endseitenkanten 22 jedes Magneten 20 ebenfalls an den benachbarten Umfangsflächenabschnitt des Rotorkerns 10 angenähert, und zwar zur gleichen Zeit, zu der sich der Abstand zwischen diesem Abschnitt und einem Mittelabschnitt 23 des Magneten 20 vergrößert. Bei dieser Ausführungsform des Magneten 20 erfolgt keine Änderung des Gleichgewichtszustands zwischen den Temperaturen T1 und T2, d. h. die Bedingungen der Kraftreaktionen des Rotorkerns 10 relativ zum Magneten 20 werden durch diese Temperaturschwankung im wesentlichen nicht verändert.
Das Ausrichten jedes axialen Vorsprungs 30 relativ zu den Endseitenkanten 31 und zur Symmetrieebene X jedes zugeordneten Magneten 20 ist so berechnet, daß die Binärwirkungen, die durch die Reaktionen des Rotorkerns 10 und eines umgebenden äußeren Hüllkörpers 40 an jedem Magnet 20 erzeugt werden, Kräfte in kleineren Abständen angreifen lassen als die nach dem Stand der Technik, wodurch die Beanspruchungen der Magnete 20 vermindert werden.
Im "Dehnungs"-Zustand, d. h. wenn die Magnet-Kern-Anordnung die Temperatur T3 aufweist, werden die Vorsprünge 30 zu einem maximalen gegenseitigen Abstand geführt, wodurch sich der Abstand D1 zwischen den Vorsprüngen 30 und auch der Radius des Innenflächenabschnitts jedes Magneten 20 zwischen den Vorsprüngen 30 vergrößern. Die Endseitenkanten 21 jedes Magneten 20 befinden sich in einer maximalen radialen Entfernung vom benachbarten Umfangsflächenabschnitt des Rotorkerns 10.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die Magnet-Kern-Stützmittel durch Paare axialer Abstandselemente 50 festgelegt, die vorzugsweise in Längsrichtung und durchgängig ausgebildet sowie zwischen jedem Magneten 20 und der Oberfläche des Rotorkerns 10 in einem Abstand von den Endseitenkanten jedes Magneten 20 angeordnet sind, wie er bei der Lösung mit den axialen Vorsprüngen 30 berechnet wurde. Um zu vermeiden, daß während des Motorbetriebs Verschiebungen der Magnete relativ zu den Stützmitteln auftreten, wird jedes Paar dieser axialen Abstandselemente 50 zuvor in geeigneter Weise ausgebildet, z. B. durch Aufleimen auf den zugeordneten Magneten 20, bevor sie durch Anbringen des umgebenden äußeren Hüllkörpers 40 am Rotorkern 10 gehalten werden. Die Abstandselemente können wahlweise auch am Kern 10 befestigt sein. Bei einer Ausführungsvariante sind die Abstandselemente 50 teils am Kern 10, teils an den Magneten 20 befestigt.
Bei einer weiteren Lösung, die in Fig. 5 gezeigt ist, sind die Abstandselemente in die Umfangsfläche des Rotorkerns 10 in Form axialer Vorsprünge 60 aufgenommen, die vorzugsweise durchgängig und in Längsrichtung ausgebildet sind, wie dies im Zusammenhang mit den axialen Vorsprüngen 30 beschrieben ist, die an der Innenfläche 21 der Magnete 20 ausgebildet sind.
Bei jeder der Lösungen mit Abstandselementen 30, 50, 60 kann die Magnet-Rotorkern-Anordnung seitliche Abstandselemente 70 aufnehmen, die in die Abstandselemente oder die Oberfläche des Rotorkerns 10 eingelassen oder nicht eingelassen und zwischen jeweils zwei Magneten 20 angeordnet sind, um Reibungskontakte zwischen diesen während des Motorbetriebs zu vermeiden.
Um die Beanspruchungen des umgebenden äußeren Hüllkörpers 40 minimal zu halten, weist jeder Magnet 20 zudem den Außenflächenabschnitt seiner Seitenkanten 22 in abgeschrägter Form auf, so daß, wenn sich die Magnete 20 im Ausdehnungszustand befinden, die Verformungsbeanspruchung auf den umgebenden äußeren Hüllkörper 40 minimal ist.
Zwar sind, wenn auch nicht dargestellt, noch andere Bauweisen für die Abstandsmittel innerhalb des dargelegten Konzeptes möglich, wie z. B. ein ringförmiges, zylindrisches Element, das zwischen den Magneten und dem Rotorkern montiert ist, axiale oder in Längsrichtung verlaufende Abstandselemente, die nicht durchgängig ausgebildet und wechselweise an der Innenfläche jedes Magneten und an der Umfangsfläche des Rotorkerns angeordnet sind, usw.
Die Bestimmung der Form für die Stützelemente sowie für die seitlichen Abstandselemente ergibt sich aus einer Optimierung der Eigenschaften, die für diese Elemente als relevant betrachtet werden, z. B. das Verankern und Scheren der Magnete, damit verbundene elektrische Verluste sowie das Herstellungsverfahren (Schwierigkeit, Kosten, usw.). Unter den möglichen Formen sind die dargestellten (Fig. 6, 6a bis 6c) eine bessere Antwort auf die in Betracht gezogenen Faktoren, wobei die Konstruktionen mit den besten Ergebnissen die mit einem quadratischen Profil, die abgeschrägte oder abgerundete Ecken (Fig. 6, 6a) aufweisen, oder auch die mit einer verschmälerten Basis (Fig. 6b und 6c) sind.

Claims

1. Rotor mit Permanentmagneten für einen Elektromotor, mit einem Rotorkern (1, 10), einer Vielzahl von Magneten (2, 20), die in gleichen Abständen voneinander sowie um die Umfangsfläche des Kerns herum angeordnet sind, und mit einer äußeren Abdeckung (40), welche die Magneten gegen den Rotorkern fixiert, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Magnet (20) auf dem Kern (10) über entsprechende Stützmittel (30, 50, 60) aufsitzt, die gegen Verschiebungen relativ zu jedem Magneten (20) arretiert und in paralleler Ausrichtung zueinander sowie zur Rotorachse und symmetrisch zu einer Längs-Symmetrieebene Q() des Magneten (20) sowie in einem Abstand voneinander, der kleiner als der Abstand zwischen den seitlichen Endkanten (21) des Magneten (20) ist, angeordnet sind, um den Abstand zwischen den Bereichen zu minimieren, in denen die Reaktionskraft des Rotorkerns (10) und der äußeren Abdeckung (40) unter unterschiedlichen Temperaturbedingungen des Rotors auf jeden Magneten (20) ausgeübt wird.

2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützmittel (30, 50, 60) in wenigstens einem der Teile aufgenommen sind, die durch jeden Magneten (20) und den Rotorkern (10) festgelegt werden.

3. Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützmittel (30, 50, 60) als durchgängige Elemente ausgebildet sind, die sich entlang der gesamten axialen Ausdehnung der Magneten (20) erstrecken.

4. Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützmittel durch axiale Vorsprünge (30) festgelegt werden, die an jedem Magneten (20) von einer Innenfläche (21) desselben aus, benachbart der Umfangsfläche des Rotorkerns (10), angebracht sind.

5. Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützmittel durch Längsvorsprünge (60) festgelegt werden, die an der Umfangsfläche des Rotorkerns (10) ausgebildet sind.

6. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützmittel durch axiale Abstandselemente (50) gebildet werden, die an wenigstens einem der Teile, welche durch die Innenfläche (22) jedes Magneten (20) und die Außenfläche des Rotorkerns festgelegt werden, festgehalten sind.

7. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magneten (20) seitliche Endränder (21) aufweisen, die auf ihren Außenflächen abgeschrägt sind.

8. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Vielzahl von seitlichen Abstandselementen (70) aufweist, die zwischen jeweils zwei benachbarten Magneten (20) bei der Montage dieser letzteren an der Umfangsfläche des Rotorkerns (10) angebracht werden.

9. Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Abstandselemente (70) an der Umfangsfläche des Rotorkerns (10) ausgebildet sind.