-
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Bauweise eines bürstenlosen
Rotors für
einen Elektromotor und auf ein Verfahren zur Herstellung dieses
Rotors, der Magnetelemente trägt,
die in seinem Inneren in Umfangsrichtung angeordnet und radial von
der Seitenfläche
des Rotors beabstandet sind.
-
Hintergrund
der Erfindung
-
Beim Bau eines bürstenlosen Rotors für einen
Elektromotor werden die Permanentmagnetelemente so am Kern des Rotors
angebracht, daß sie konzentrisch
um die Motorwelle herum montiert sind (siehe z. B.
EP 0 265 364 A1 ). Bei dieser
Bauweise wird der Rotor dadurch gebildet, daß eine Vielzahl von metallischen
Schichten, die sich gegenseitig überlappen
und einen Schichtstapel bilden, in Längsrichtung ausgerichtet werden,
wobei jede Metallschicht eine Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten
Fenstern aufweist, die in gleichem Winkelabstand zueinander und
zur Motorwelle angeordnet sind, wobei die Fenster zu den entsprechenden Fenstern
der anderen Metallschichten des Schichtstapels ausgerichtet sind,
um axiale Gehäuse
festzulegen, in denen die Magnetelemente montiert und befestigt
werden.
-
Bei der Bauweise nach dem Stand der
Technik weist jede Metallschicht des Rotor-Schichtstapels einen mit einer Mittelöffnung zur
Montage an der Motorwelle versehenen Mittelabschnitt, und radial
verlaufende Endabschnitte auf, deren jeder außerhalb eines entsprechenden
Fensters der Metallschicht festgelegt und in den Mittelabschnitt
von den Bereichen desselben her eingebracht ist, die außerhalb zweier
aufeinanderfolgender Fenster liegen.
-
Bei dieser Bauweise gemäß dem Stand
der Technik sind die Fenster jeder Rotorschicht so festgelegt, daß die entsprechenden
Endkanten in einer von der Umlaufkante der Schicht beabstandeten
Position zur Umlaufkante der jeweiligen Rotorschicht hin gewandt
sind, um darin einen ringförmigen
Strukturbereich festzulegen, der zwei benachbart zueinander liegende
radiale Endabschnitte miteinander und mit dem Mittelabschnitt der
Schicht durch den Abstand verbindet, der zwischen den benachbarten Endkanten
zweier aufeinanderfolgender Fenster vorliegt.
-
Das Vorliegen eines ringförmigen Strukturbereiches
gestattet die Verwendung von einstückig ausgebildeten Metallschichten,
die Fenster aufweisen, die nachträglich, bei der Bildung des
Rotor-Schichtstapels, axiale Gehäuse
für die
Magnetelemente festlegen.
-
Während
diese bekannte Bauweise für
eine Metallschicht zur Herstellung in großem Maßstab geeignet, relativ einfach
auszuführen
und kostengünstig
ist sowie zu einem hoch zuverlässigen
Produkt führt,
hat sie den Nachteil, daß sie
das Auftreten von Verlusten des Nutzmagnetflusses zuläßt, was
unvereinbar mit der Anwendung ist, für die der Rotor vorgesehen
ist.
-
Bei dieser Bauweise steht nur ein
Teil des gesamten Magnetfeldes des Rotors, das von den Magneten
erzeugt wird, in Wechselwirkung mit dem Magnetfeld des Stators,
während
der restliche Teil des gesamten Feldes in Form eines Streuungsfeldes sowohl
des Rotors als auch des Luftspaltes verlorengeht. Die Rotorfeldverluste
treten aufgrund des Vorliegens von Stahl mit einer strukturellen
Funktion in der Rotorschicht im Magnetendbereich auf. Dieser Bereich
dient als Pfad für
die Flußlinien
des Streuungsfeldes, die einen nicht genutzten Anteil des Gesamtfeldes
des Rotors darstellen.
-
In der
EP
0 558 746 ist eine andere bekannte Lösung beschrieben, bei der der
Motor einen Kern aufweist, der aus einem Schichtstapel mit polaren, peripheren
Abschnitten aus magnetischem Material besteht, die um den Kern und
die Fenster herum angebracht sind, wobei die Magnete zwischen den
polaren, peripheren Abschnitten und dem Kern gehalten sind, wobei
die axial ausgerichteten Fenster des Schichtstapels axiale Gehäuse für die Magnete
entlang dem Rotor festlegen und jedes Fenster Endkanten aufweist,
die zur Umlaufkante der Schichten hin gewandt sind. Die Fenster
sind zum Außenumfang hin
für eine
geringe Permeabilität
und damit verringerte Verluste geöffnet.
-
Bei dieser vorbekannten Bauweise
sind die polaren, peripheren Abschnitte, um Brücken von nicht magnetischem
Material über
die Magnete zu vermeiden, getrennt von der Schicht ausgebildet und werden
erst nach dem Montieren der Magnete in den Gehäusen am Kern angebracht, wobei
diese polaren, peripheren Abschnitte vorgeformt werden, um die Fenster
zum Außenumfang
des Rotors hin offen zu halten. Dieser Vorgang führt zu einer unökonomischen
Bauweise, die ein komplexes Herstellungsverfahren erfordert.
-
Offenbarung
der Erfindung
-
Daher ist es ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, einen Rotor für
einen Elektromotor und ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors
für einen
Elektromotor bereitzustellen, der/das die Magnetflußverluste
aufgrund des Rotorstreuungsfeldes beseitigt, eine hohe energetische
Wirksamkeit und eine große
Zuverlässigkeit
aufweist, sowie mit einer einfachen, wirtschaftlichen und industriell
durchführbaren
Bauweise erhalten werden kann, ohne die Einheit und Festigkeit des
Rotors zu beeinträchtigen.
-
Dieses und andere Ziele werden durch
einen Rotor für
einen Elektromotor erreicht, mit einem Kern, der aus einer Vielzahl
von Metallschichten gebildet ist, die einen Schichtstapel bilden,
sich axial und gegenseitig überlappen
und aus einem magnetischen Material bestehen, mit polaren, peripheren
Abschnitten, die aus einem magnetischen Material gebildet und um
den Kern herum befestigt sind, und mit einer gleichen Anzahl von
Magnetelementen, die zwischen den polaren, peripheren Abschnitten
und dem Kern gehalten sind, wobei der Schichtstapel durch eine Vielzahl
metallischer Schichten gebildet ist, welche konzentrisch zueinander
verlaufen und sich überlappen
und deren jedes eine Vielzahl von Fenstern aufweist, die axial zu
den entsprechenden Fenstern der anderen metallischen Schichten ausgerichtet
sind, um axiale Gehäuse
entlang dem Rotor festzulegen, wobei jedes Fenster zur Umlaufkante
der entsprechenden metallischen Schicht hin gewandte Endkanten aufweist,
und wobei der Rotor dadurch gekennzeichnet ist, daß die Endkanten
aller Fenster in demselben Umfangskreis liegen und die Umlaufkante
jeder metallischen Schicht zumindest in den radial zu den benachbarten
Endkanten zweier aufeinandertolgender Fenster ausgerichteten Bereichen
eine radiale Erweiterung aufweist, die koplanar und außerhalb der
Umlaufendkante verläuft,
wobei jede dieser radialen Erweiterungen spanend bearbeitet wird,
nachdem die Magnetelemente in den entsprechenden Axialgehäusen so
montiert und befestigt sind, daß die
Umlaufkante der Schichten das Querprofil des fertigen Rotors festlegt,
wobei jedes Fenster so geformt ist, daß seine Endkanten radial über die
Umlaufkante in den Bereich der entsprechenden radialen Erweiterung überstehen.
-
Die vorliegende Erfindung umfaßt ferner
ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für einen Elektromotor der zuvor
genannten Art, der folgendes umfaßt: eine Vielzahl metallischer
Schichten, die axial und sich gegenseitig überlappend ausgebildet sind und
aus einem magnetischen Material bestehen; polare, periphere Abschnitte,
die aus einem magnetischen Material gebildet und um den Kern herum
befestigt sind; und eine gleiche Anzahl von Magnetelementen, die
zwischen den polaren, peripheren Abschnitten und dem Kern gehalten
sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Versehen jeder
metallischen Schicht mit einer Vielzahl von Fenstern, wobei jedes
Fenster zu einer Umlaufkante der entsprechenden metallischen Schicht
hin gerichtete Endkanten aufweist; Überlappen der metallischen
Schichten, die über
eine Endkappe einen Schichtstapel bilden, so daß jedes Fenster der Schichten
axial zu entsprechenden Fenstern der anderen metallischen Schichten
ausgerichtet ist und mit der Endkappe axiale Gehäuse entlang dem Rotor festlegt,
wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es die
folgenden Schritte umfaßt:
a- Ausbilden der Endkanten aller Fenster dergestalt, daß sie in
Umfangsrichtung in demselben Umfang enthalten sind; b-Versehen jeder metallischen
Schicht, von ihrer Umlaufkante aus und zumindest in den radial zu den
benachbarten Endkanten zweier aufeinanderfolgender Fenster ausgerichteten
Bereichen, mit einer entsprechenden radialen Erweiterung, die koplanar und
außerhalb
der Umlaufkante verläuft;
c- Einsetzen eines Klebematerials in die axialen Gehäuse; d- Einsetzen
eines Magnetelementes in jedes axiale Gehäuse; e- Montieren und Befestigen
einer anderen Endkappe an dem Schichtstapel, der bereits jedes Magnetelement
am entsprechenden axialen Gehäuse
hält; f-
Aushärten
des Klebematerials, das jedes Magnetelement am entsprechenden axialen
Gehäuse
hält, und
g- Entfernen jeder radialen Erweiterung, so daß die Umlaufkante der metallischen
Schichten die Querkontur des fertigen Rotors festlegt.
-
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung
sind durch die abhängigen
Ansprüche
beschrieben.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
Die Efindung wird nachfolgend unter
Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
-
1 schematisch
einen Querschnitt durch den montierten Rotor mit einer metallischen
Schicht des Rotor-Schichtstapels und einer Bauweise gemäß dem Stand
der Technik;
-
2 schematisch
einen Querschnitt durch den montierten Rotor mit einer metallischen
Schicht des Rotor-Schichtstapels und einer Bauweise gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und in einem unfertigen Rotorzustand;
-
3 schematisch
einen Querschnitt durch den Rotor, an dem eine metallische Schicht
des Rotor-Schichtstapels montiert ist, mit einer Bauweise gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und in einem unfertigen Rotorzustand;
-
4 schematisch
einen vergrößerten Querschnitt
durch den bereits fertiggestellten Rotor;
-
5 schematisch
und im Längsschnitt längs Linie
V-V in 4 einen bereits
fertiggestellten Rotor, der gemäß einer
der ersten und zweiten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung erhalten wurde;
-
6 schematisch
und im Längsschnitt längs Linie
V-V in 4 einen bereits
fertiggestellten Rotor, der gemäß einer
anderen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung erhalten wurde, und
-
7 schematisch
und in einer teilweise vergrößerten Draufsicht
einen Teil der metallischen Schicht, die in 2 dargestellt und als Det. a gezeigt
ist.
-
Beste Weise
zur Ausführung
der Erfindung
-
Gemäß den Figuren umfaßt der Rotor
für einen
Elektromotor gemäß der vorliegenden
Erfindung einen Kern 10, der durch eine Vielzahl von Metallschichten 11 aus
einem magnetischen Material, wie z. B. Stahl, festgelegt ist, die
eine bestimmte elektrische Leitfähigkeit
und eine bestimmte magnetische Permeabilität aufweisen, und die konzentrisch
zueinander und einander überlappend
angeordnet sind, wobei sie einen Schichtstapel bilden, der um eine
Erweiterung der Welle S des Motors herum befestigt wird, und polare,
periphere Abschnitte 20, die um den Kern 10 herum
angebracht sind. Zwischen jedem dieser polaren, peripheren Abschnitte 20 und
dem Kern 10 ist ein axiales Gehäuse 12 festgelegt,
das die gesamte Längserstreckung
des Rotors einnimmt und in dem ein entsprechendes Magnetelement 30 gehalten
ist, wobei die Magnete üblicherweise
in Form von in Längsrichtung
verlaufenden Platten vorliegen, die z. B. bogenförmig (oder geradlinig) ausgebildet
und in gleicher Umfangsausrichtung angeordnet sowie voneinander
beabstandet sind.
-
Gemäß dem Stand der Technik weist
jede metallische Schicht 11 einen Mittelabschnitt 13 auf, der
mit einer Mittelöffnung 14 zur
Montage an der Welle S des Motors, Fenstern 15, die gemäß derselben
Ausrichtung in Umfangsrichtung festgelegt und in gleichen Winkelabständen zueinander
und zur Welle S des Motors angeordnet sind, und mit radialen Endabschnitten 16 versehen
ist, deren jeder außerhalb
eines entsprechenden Fensters 15 festgelegt und in dem
Mittelabschnitt 13 durch dessen Bereiche zwischen je zwei
benachbarten Fenstern 15 aufgenommen ist.
-
Die Fenster 15 jeder Rotorschicht
weisen entsprechende Endkanten 17 auf, die in Umfangsrichtung
in demselben Umfang enthalten und einer Umlaufkante 18 der
jeweiligen Metallschicht 11 zugewandt sind, welche die
Kontur des Querschnitts des fertigen Rotors festlegt.
-
Die Überlappung der metallischen
Schichten 11 zur Bildung des Schichtstapels wird so durchgeführt, daß die Fenster 15 jeder
metallischen Schicht 11 zu den entsprechenden Fenstern 15 der
anderen metallischen Schichten 11 des Schichtstapels so ausgerichtet
sind, daß sie
die axialen Gehäuse 12 festlegen,
um die Montage und Befestigung der Magnetelemente 30 zuzulassen.
Nach der Bildung des Schichtstapels legt jede axiale Ausrichtung
der radialen Endabschnitte 16 einen entsprechenden polaren, peripheren
Abschnitt 20 fest.
-
Die Magnetelemente 30 werden
durch einen Abschnitt aus einem halternden Klebematerial, z. B. einem
härtbaren
Polymerwerkstoff, das die Spalte ausfüllt, die zwischen jedem Magnetelement 30 und dem
ensprechenden axialen Gehäuse 12 bestehen, am
Kern 10 gehalten. Das Klebematerial weist eine geringe
elektrische Leitfähigkeit
und auch eine geringe magnetische Permeabilität im Vergleich zu den gleichen
Eigenschaften der elektrischen Leitfähigkeit und der magnetischen
Permeabilität
des Kerns auf.
-
Gemäß der Darstellung in 1 sind bei der Bauweise
nach dem Stand der Technik die Endkanten 17 der Fenster 15 jeder
metallischen Schicht 11, die in einer Umfangsausrichtung
enthalten ist, relativ zu der Ausrichtung, welche die Umlaufkante 18 der metallischen
Schicht 11 enthält,
im Inneren in einer Position festgelegt, die in einem Abstand von
der Umlaufkante 18 liegt, um darin einen ringförmigen Strukturbereich 19 festzulegen,
der zwei benachbarte radiale Endabschnitte 16 jeder metallischen Schicht 11 miteinander
und mit deren Mittelabschnitt 13 durch den zwischen den
benachbarten Endkanten zweier aufeinandertolgender Fenster 15 bestehenden
Abstand verbindet. Bei dieser Bauweise legt der Schichtstapel die
zylindrische Rotor-Seitenfläche fest,
die über
ihre gesamte axiale Erstreckung hinweg metallisch ausgebildet ist.
Der ringförmige
Stukturbereich 19 bildet eine strukturelle Verbindung,
die ausreicht, um den Zentrifugalkräften zu widerstehen, die auf
die Magnetmasse und auf die Masse des an den Magneten vorhandenen
Stahlwerkstoffes einwirken, gestattet jedoch das Auftreten von Magnetflußlinien
in diesem Bereich, was zu den Verlusten aufgrund des zuvor erörterten
Streuungsfeldes führt.
-
Um die Probleme von Magnetflußverlusten aufgrund
des Streuungsfeldes zu beseitigen, die im Stand der Technik bestehen,
ist der Rotor nach der vorliegenden Erfindung so gebaut, daß nach der
Fertigstellung die Schichten seines Schichtstapels nicht mehr den
entsprechenden ringförmigen
Strukturbereich 19 aufweisen, der jeweils zwei Endbereiche 16 miteinander
verbindet. Dieser Rotor weist, zumindest in diesem fertiggestellten
Zustand, eine zylindrische Seitenfläche mit metallischen Bereichen
auf, die in Umfangsrichtung mit Bereichen durchsetzt sind, welche
im Vergleich zum Stahl, der den Kern bildet, über die gesamte Längserstreckung
des Rotors eine verringerte elektrische Leitfähigkeit und eine verringerte magnetische
Permeabilität
umfassen.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist die zylindrische Seitenfläche
des Rotors so festgelegt, daß jeweils
zwei polare, periphere Abschnitte 20 in Umfangsrichtung
durch einen zwischenliegenden peripheren Abschnitt 40 versetzt
sind, der zumindest in den Bereichen, welche zwei benachbarte periphere Abschnitte 20 miteinander
verbinden, im Vergleich zum Kern 10 eine verringerte elektrische
Leitfähigkeit und
eine verringerte magnetische Permeabilität aufweist. Die zwischenliegenden
peripheren Abschnitte 40 umfassen Endbereiche 41,
welche die benachbarten polaren, peripheren Abschnitte 20 verbinden,
und einen Mittelbereich 42.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist jeder Endbereich 41 eines zwischenliegenden peripheren Abschnittes 40 durch
den Abstand in Umfangsrichtung zwischen dem entsprechenden Mittelbereich 42 und
den benachbarten polaren, peripheren Abschnitten 20 festgelegt,
wobei der Mittelbereich 42 z. B. durch einen entsprechenden
peripheren Abschnitt des Kerns 10 festgelegt ist, der in
Umfangsrichtung von den benachbarten polaren, peripheren Abschnitten 20 beabstandet
ist, wobei jeder Endbereich 41 durch das Ende eines axialen
Gehäuses 12 eines Magnetelementes 30 festgelegt
ist, das mit dem Klebematerial gefüllt ist, um die Magnetelemente 30 zu halten
(4). Dieses Klebematerial
ist ein agglomerierendes Bindemittel, wie z. B. Harz, Gummi usw., das
die Magnetelemente umgibt, das mögliche
Lösen von
Spänen
von diesen vermeidet und der Seitenfläche des fertigen Rotors am
Endbereich 41 die abschließende Oberflächengestaltung
verleiht.
-
Zur Herstellung des Rotors nach der
vorliegenden Erfindung wird der Schichtstapel dadurch gebildet,
daß eine
erste metallische Schicht 11 dieses Schichtstapels auf
eine Endkappe 50 eines Paares von Endkappen 50,
die den Rotor bilden, aufgebracht ist. Dieses Aufbringen erfolgt
vorzugsweise dadurch, daß Harz
auf eine Oberseite der Endkappe 50 aufgebracht wird, die
unter dem Schichtstapel des Rotors liegt. Die Endkappen 50 bestehen
aus einem Material mit nicht-magnetischen Eigenschaften, um bei
diesen Kappen das durch Streuung bedingte und durch diese Kappen
verlaufende Magnetfeld und die daraus resultierenden Verluste zu
beseitigen oder zu minimieren.
-
Gemäß einer Bauform der vorliegenden
Erfindung, wie sie in den 2, 3 und 5 dargestellt ist, wird der fertige Rotor
mit einem Kern 10 und polaren, peripheren Abschnitten 20 mit
einem Stapel aus gepreßten
metallischen Schichten 11 hergestellt, die von seiner Umlaufkante 18 her
zumindest in den Bereichen, die radial zu den benachbarten Endkanten 17 zu
je zwei aufeinanderfolgenden Fenstern 15 ausgerichtet sind,
eine radiale Erweiterung 60 umfassen, die koplanar und
außerhalb
der Umlaufkante 18 verläuft
und die in einem Umfang liegt, der konzentrisch und außerhalb
zu dem verläuft,
der die Endkanten 17 enthält, welche bei der vorliegenden
Ausführungsform
radial über
die Umlaufkante 18 der entsprechenden Rotorschicht in den
Bereich der entsprechenden radialen Erweiterung 60 hinausragen.
Die radialen Erweiterungen 60 können jede beliebige Form aufweisen.
Bei der Ausführungsform,
bei der die metallische Schicht 11 quadratisch ausgebildet
ist, sind diese Bereiche durch die Scheitelbereiche der Schichten
festgelegt. Die Dimensionierung der metallischen Schichten 11 ist
so bestimmt, daß die
Schichten eine Form mit dem Innendurchmesser des Stators aufweisen,
wie dies bei der metallischen Schicht der Fall ist, die in 2 gezeigt ist, oder in einer
solchen Weise, daß eine
geringere Menge von Rohmaterial bei ihrem Preßverfahren verwendet wird.
In diesem Fall ist die Form der metallischen Schicht 11 durch
ein Vieleck, z. B. ein Quadrat, begrenzt, dessen Seiten tangential zu
dem überschüssigen Material
außerhalb
der Umlaufkante 18 liegen.
-
Gemäß den Darstellungen der 2 und 3 ist jede Rotorschicht so geformt, daß sie eine
einzige radiale Erweiterung 60 aufweist, die ringförmig und durchgängig ausgebildet
ist und eine Rotorschicht mit einem größeren Durchmesser als dem Nominaldurchmesser
des bereits fertiggestellten Rotors festlegt.
-
Die Dicke jeder radialen Erweiterung 60 ist so
berechnet, daß die
Intaktheit der metallischen Schichten 11 während deren
Herstellung und der Bildung des Schichtstapels sowie während der
zerspanenden Bearbeitung des Rotors sichergestellt ist, ohne hohe
Verluste bei dem Material zu verursachen, das die Schichten bildet.
-
Bei einer baulichen Möglichkeit,
die in 3 dargestellt
ist, umfaßt
die einzige radiale Erweiterung 60 in jedem radial zu den
benachbarten Endkanten 17 jeweils zweier aufeinanderfolgender
Fenster 15 ausgerichteten Bereich einen zusätzlichen
Verstärkungsabschnitt 61,
der zur einzigen radialen Erweiterung 60 radial, koplanar
und außerhalb
derselben ausgebildet ist.
-
Gemäß einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die in 6 dargestellt
ist, wird der Kern 10 durch einen Schichtstapel gebildet, wobei
jede metallische Schicht 11 so gepreßt wird, daß die entsprechende Umlaufkante 18 eine
Form aufweist, die eine radial innen verlaufende Kante eines entsprechenden
axialen Gehäuses 12 für ein Magnetelement 30 festlegt.
Bei dieser Ausführungsform
ist die radial außen
verlaufende Kante jedes axialen Gehäuses 12 durch die
radial innen verlaufende Kante eines entsprechenden polaren, peripheren
Abschnittes 20 festgelegt, der in einem Abstand vom Kern 10 nach
dessen Ausbildung radial angebracht wird, um in diesem Abstand ein
axiales Gehäuse 12 festzulegen,
das mit dem Klebematerial zum Haften des entsprechenden Magnetelementes 30 gefüllt wird.
-
Bei dieser Ausführungsform wird nach der Bildung
des Rotor-Schichtstapels, benachbart jedem Abschnitt der Umlaufkante
dieses Stapels und in einem Abstand von diesem, ein entsprechender
polarer, peripherer Abschnitt 20 in Form eines massiven Schuhs,
oder aus übereinandergelegten
Schichten bestehend, die miteinander z. B. durch Verkleben, Nieten,
Verschrauben usw. verbunden sind, angebracht. Die Schuhe werden
bei dieser Ausführungsfomn
mittels Haltelementen 21 (Bolzen, Nieten, Klebungen zwischen
jedem Träger
und den Kappen, usw., die an einer Stelle positioniert sind, welche
die durch Hysterese und Foucaultschen Strom verursachten Verluste
minimiert) einzeln am Rotor montiert und befestigt, wobei die Halteelemente
sich in Längsrichtung
durch den entsprechenden polaren, peripheren Abschnitt 20 bis
zu einem Paar von Endkappen 50 erstrecken, wobei jede Kappe
benachbart einer metallischen Schicht 11 montiert ist,
die an einem der Enden des Schichtstapels vorgesehen ist. Um jedes
axiale Gehäuse 12 so
auszubilden, daß es mit
Schuhen versehen ist, ist es erforderlich, eine Form oder eine Vorrichtung
zu verwenden, mit der die Form der Endwände jedes Gehäuses so
bestimmt werden kann, daß das
Klebematerial zum Befestigen der Magnetelemente 30 in diesen
Gehäusen gehalten
wird.
-
Um bei der in den 2 bis 5 dargestellten Rotor-Ausführungsform
den Rotor-Schichtstapel zu bilden, nachdem die metallischen Schichten 11 auf einer
Endkappe 50 übereinander
angebracht wurden (und gegebenenfalls miteinander verklebt wurden, was
durch Hysterese und Foucaultschen Strom bedingte Verluste minimiert),
die unter dem Schichtstapel vorgesehen ist und damit der Kern 10 gebildet wurde,
nimmt jedes axiale Gehäuse 12,
das durch die Längsausrichtung
der Fenster 15 der metallischen Schichten 11 des
Schichtstapels festgelegt ist, das Klebematerial zum Befestigen
der Magnetelemente 30 auf, bevor die letzteren in den axialen
Gehäusen 12 plaziert
werden.
-
Bei dieser Bauweise wird der Rotor
nach dem Anbringen der anderen Endkappe 50 und dem erfolgten
Aushärten
des Klebematerials zum Halten der Magnetelemente 30 einem
Verfahren zum Entfernen des Überschusses
des Materials, das die metallischen Schichten 11 bildet,
z. B. durch zerspanende Bearbeitung, unterzogen, bis deren Endkanten 17 in einem
Umfang mit einem Durchmesser enthalten sind, der zumindest gleich
dem des Umfangs ist, der den fertigen Rotor umschreibt. Die zerspanende
Beafieitung des Schichtstapels wird solange durchgeführt, bis
der gewünschte
Enddurchmesser des Rotors erhalten wird, der die in 4 dargestellte Konfiguration mit dem
Kern 10 und den polaren, peripheren Abschnitten 20 festlegt.
-
Die Befestigung der Kappen an dem
Rotor-Schichtstapel und aneinander kann durch Halteelemente 21,
wie Nieten, Bolzen, usw. erreicht werden.
-
Durch die zerspanende Bearbeitung
des Schichtstapels werden die Endkanten 17 der Fenster 15 der
metallischen Schichten 11, die den Schichtstapel bilden,
zur Querkontur des Rotors hin geöffnet und
in diesen Bereichen durch das gehärtete Klebematerial festgelegt,
das die axialen Gehäuse 12 füllt.
-
Bei dieser Bauweise sind die radialen
Endabschnitte 12 jeder zerspanend bearbeiteten Schicht
des Rotor-Schichtstapels außerhalb
eines benachbarten Magnetelementes 30 festgelegt und durch
das Klebematerial, das jedes axiale Gehäuse 12 füllt, am
Mittelabschnitt 13 gehalten.
-
Die Bereitstellung eines oder mehrerer
radialer Abschnitte 60 von der Umlaufkante 18 jeder
Rotorschicht her, die mit dem Umfang zusammenfällt, der den gewünschten
Enddurchmesser des Rotors festlegt, gewährleistet, daß die metallischen
Schichten 11 während
ihrer Herstellung eine mechanische Steifigkeit aufweisen, und gestattet
deren industrielle Fertigung in großem Maßstab.
-
Da die radiale Erweiterung 60 der
metallischen Schicht, die in 2 dargestellt
ist, klein ist, kann die metallische Schicht gleichzeitig mit der Schicht
des Stators gepreßt
werden, wodurch die Fertigungszeit verkürzt und die Materialverluste
beim Entfernen von Überschüssen minimiert
werden.
-
Die Lösung, bei der eine metallische
Schicht mit einem zusätzlichen
Verstärkungsabschnitt 61 versehen
wird, wie dies in 3 gezeigt
ist, hat den Vorteil, daß sie
eine Festigkeit aufweist, die weniger Präzision hinsichtlich der Werkzeuge
und des Fertigungsverfahrens erfordert.
-
Bei einer Form zur Herstellung der
in 6 gezeigten Rotoranordnung
werden die polaren, peripheren Abschnitte 20 nach der Herstellung
des Schichtstapels, der den Kern 10 festlegt, mit geeigneten
Mitteln in einem radialen Abstand vom Kern 10 auf der Endkappe 50,
die unter dem Schichtstapel vorgesehen ist, angeordnet und gehalten,
wobei in diesem Abstand ein axiales Gehäuse 12 festgelegt wird,
das mit dem Klebematerial zum Halten der Magnetelemente 30 gefüllt werden
soll. Nachdem dieser Füllvorgang
abgeschlossen ist, nimmt jedes axiale Gehäuse 12 ein Magnetelement 30 auf,
bevor die andere Endkappe 50 und die Halteelemente angebracht
werden, welche die Montage beenden. Bei dieser Bauweise erfordert
der hergestellte Rotor keine nachträgliche zerspanende Bearbeitung,
da sein Durchmesser während
der relativen Ausrichtung zwischen den polaren, peripheren Abschnitten 20 und dem
Kern 10 zur Aufnahme der Magnetelemente 30 festgelegt
werden kann.
-
Das Klebematerial, das zwischen den
Endkappen 50 und dem Rotor-Schichtstapel verwendet wird,
kann auch zwischen den metallischen Schichten des Schichtstapels
vorgesehen sein und erfüllt die
Funktion des Ausfüllens
der Zwischenräume
zwischen den Magneten und den Kanten der Gehäuse für die Magnetelemente, die im
Rotor festgelegt sind; strukturelles Halten der Magnetelemente 30 an
den Gehäusen,
Ausgleichen der Zentrifugal- und Drehkräfte, denen die Magnetelemente 30 ausgesetzt sind;
Verringerung der großen
Wärmespannungen (im
Zusammenhang mit Temperaturschwankungen des Rotors und dem unterschiedlichen
Erweiterungskoeffizienten der Materialien, die durch das Klebematerial
miteinander verbunden sind), die in den Magnetelementen 30 erzeugt
werden und die üblicherweise schädlich sind
(Ursache von Brüchigwerden,
Brüchen,
Ablösen
von Spänen
usw.), durch eine Dämpfungswirkung
oder durch eine Verformung der Schicht aus Klebematerial, sowie
das Haftenbleiben möglicher
Fragmente, die von Brüchen
oder Spänen der
Magnetelemente 30 herrühren.
Wenn bei der Bildung des Rotors ein Überschuß an Klebematerial in den axialen
Gehäusen 12 vorliegt,
wird dieser Überschuß entfernt,
bevor das Aushärten
des Klebematerials erreicht ist. Falls beim Einführen der Magnetelemente 30 in
die axialen Gehäuse 12 nicht
genügend Klebematerial
vorhanden ist, werden diese gefüllt, nachdem
die Magnetelemente in die axialen Gehäuse 12 eingeführt wurden,
bevor das Klebematerial ausgehärtet
ist.
-
Die Endkappen 50, die am
Ende der Rotorschicht angeklebt sind, werden so bereitgestellt,
daß sie
den Durchmesser des Rotors aufrechterhalten und die Einheit der
Rotorform gewährleisten,
da dadurch, daß die
Magnetelemente 30 unter Zugbeanspruchungen zerbrechliche
Bauteile sind, die Struktur, die durch die Magnetelemente und das
Harz gebildet wird, in das sie eingelassen sind, nicht ausreicht,
um sicherzustellen, daß die
Zentrifugalkraft nicht ein Ablösen
oder einen Bruch dieser Magnetelemente 30 oder sogar der
polaren, peripheren Abschnitte 20 verursacht. Die Endkappen 50 legen
einen Teil des Profils jedes Rotorgehäuses zum Haltern eines entsprechenden
Magnetelementes 30 fest und wirken auch als Dichtungsmittel
für das
Klebematerial, das in diese Gehäuse
abgegeben ist.
-
Außerdem bestimmen die Endkappen 50 für den Rotor
eine einheitliche Endform, welche die Abmessungsunterschiede der
Rotorkomponenten ausgleicht.
-
Die vorgeschlagene Lösung erlaubt
es, ein Produkt zu erhalten, das gleichzeitig die Eigenschaften
eines hohen energetischen Wirkungsgrades und einer hohen Zuverlässigkeit
aufweist, und das dazu geeignet ist, in großem Maßstab mit niedrigen Kosten sowohl
für das
Produkt als auch für
dessen Herstellungsverfahren hergestellt zu werden.