EP2586116A2 - Selbstsicherndes spannelement für magnete eines maschinenteils einer elektrischen maschine - Google Patents

Selbstsicherndes spannelement für magnete eines maschinenteils einer elektrischen maschine

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Publication number
EP2586116A2
EP2586116A2 EP11716272.7A EP11716272A EP2586116A2 EP 2586116 A2 EP2586116 A2 EP 2586116A2 EP 11716272 A EP11716272 A EP 11716272A EP 2586116 A2 EP2586116 A2 EP 2586116A2
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EP
European Patent Office
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magnet
machine part
rotor
magnets
package
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11716272.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Meyer
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • H02K1/2773—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect consisting of tangentially magnetized radial magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/17—Stator cores with permanent magnets
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    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/28—Means for mounting or fastening rotating magnetic parts on to, or to, the rotor structures

Definitions

  • the present invention relates to a machine part for an electric machine, in particular a rotor or a stator of an electric motor, which is provided with at least one permanent magnet.
  • a machine part in particular a rotor is provided with a plurality of permanent magnets, which must be fixed as stable as possible in the rotor.
  • Such a rotor is usually formed as a spoke rotor, which comprises a package of mutually arranged rotor laminations.
  • the Rotorlamellenbleche are punched parts, in which each spoke-shaped recesses are arranged.
  • the spoke-shaped recesses are arranged one above the other in such a way that pockets for receiving the permanent magnets are formed.
  • the permanent magnets are fixed in the pockets by adhesive or by clamping lugs.
  • the pockets are usually sized for tolerance longer than the magnets to be inserted.
  • the clamping lugs formed from a rotor lamination sheet are usually not or only to a small degree elastically deformable, so that the surface of the magnet can be damaged during insertion. Usually an additional gluing of the magnets necessary, since the clamping lugs do not fix the magnets sufficiently in the pockets.
  • a machine part in particular a rotor or stator of an electric machine, is provided.
  • the machine part includes:
  • a bow spring component comprising at least one spring element which is arranged between the magnet and an edge of the pocket.
  • Such a bow spring component can be mounted simultaneously with the installation of the magnet in the package and allows a secure attachment of the magnet.
  • the bow spring component may comprise a cover plate, on which a plurality of spring elements are arranged, so that a plurality of spring elements can be mounted simultaneously in one step.
  • the cover plate of the bow spring component in
  • the magnet can also be fixed in a direction perpendicular to the plane of the lamella plates.
  • the spring elements can each be V-shaped, wherein a leg of the spring element is connected to the cover plate and the other leg of the spring element is arranged on an edge of the pocket formed in the package.
  • a leg of the spring element is connected to the cover plate and the other leg of the spring element is arranged on an edge of the pocket formed in the package.
  • each spring element may be provided with a latching nose, which is supported on a step formed by two lamination plates of the package. Such a detent secures the bow spring component against slipping out of the package.
  • a bow spring component may be arranged on each of two sides of the package. As a result, the magnets can be secured in all directions against displacement or falling out.
  • the bow spring component is formed as a stamped part or as a wire bending part.
  • an electrically commutated motor comprising a rotor, which is designed as a machine part described above is.
  • the rotor may be formed as a spoke rotor and the bow spring component may be formed as a bow spring ring.
  • the spring element can be arranged on the radially inner surface of the magnet.
  • a stirrup spring ring for mounting a plurality of magnets in pockets in a rotor of an electrically commutated motor, comprising:
  • a plurality of spring elements which are integrally connected to the cover ring and which in each case between one of the magnets and the edge of a magnet associated pocket can be inserted.
  • Fig. 1 is a plan view of the rotor package
  • Fig. 2 is a plan view of a bow spring ring
  • FIG. 3 is a sectional view of a rotor according to the invention.
  • Fig. 4 is a sectional view of the bow spring ring.
  • a rotor core 12 for the rotor (machine part) of an electrically commutated motor spoke-shaped pockets 14 are formed, in which permanent magnets 16 are accommodated.
  • the pockets 14 are in this case made slightly longer in the radial direction than the length of the magnets 16.
  • the rotor core 12 is formed from a plurality of superposed rotor laminations.
  • Fig. 2 shows a bow spring ring 18 according to an embodiment of the present invention, which as a punched part of a non-ferromagnetic Sheet metal is formed.
  • the bow spring ring 18 comprises a cover ring 20 and a plurality of spring elements 22, which are arranged radially inwardly on the cover ring 20.
  • the spring elements 22 are each inserted between a magnet 16 and a radially inner wall of the associated pocket 14. As a result, the magnets 16 can be fixed in the radial direction. Furthermore, the cover ring 20 abuts a surface of the magnet 16 such that the magnet 16 is secured by the cover ring 18 against a displacement in the axial direction.
  • the bow spring ring 18 can in this case be installed together with the magnets 16 in the rotor core 12, so that the rotor 10 can be manufactured efficiently with only a few work steps.
  • installing the magnets 16 and the bow spring ring 18, for example first the magnets 16 are inserted into the associated pockets 14 in the rotor core 12, and then the bow spring ring 18 is inserted so that the spring elements 22 between the magnets 16 and the radially inner walls of the pockets 14 intervene.
  • each magnet 16 secured to all sides can be fixedly secured in the rotor core 12.
  • the spring elements 22 each have a V-shaped cross-section, which may be formed prior to installation in the rotor package, as shown in part a) of Fig. 4, that the two legs of the V are formed substantially mirror-symmetrical. If the bow spring ring 18 is inserted into a rotor core 12, the spring element 22 is elastically deformed such that it faces the magnet 16 Leg substantially parallel to the magnet 16 abuts, as shown in part b) of Fig. 4 is shown. As a result, a holding force in the radial direction can be exerted on the magnet 16 over the entire surface of this leg. The magnet 16 is thus securely fixed in the pocket 14 in the radial direction, without the surface of the magnet 16 being damaged.
  • the leg of the V-shaped spring element 22 facing the radially inner end of the pocket 14 is deformed in such a way that a latching nose 24 at the end of the leg can engage in a parting plane between two rotor lamination plates of the rotor core 12.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Maschinenteil (10), insbesondere ein Läufer oder Stator einer elektrischen Maschine. Das Maschinenteil (10) umfasst: ein Paket (12) aus einer Mehrzahl von übereinander geschichteten Lamellenblechen, wenigstens einen Magneten (16), welcher in einer im Paket (12) ausgebildeten Tasche (14) aufgenommen ist, und ein Bügelfederbauteil (18), umfassend wenigstens ein Federelement (22), das zwischen dem Magneten (16) und einem Rand der Tasche (14) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Titel
Selbstsicherndes Spannelement für Magnete eines Maschinenteils einer elektrischen Maschine
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Maschinenteil für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Läufer oder einen Stator eines elektrischen Motors, welcher mit wenigstens einem Permanentmagneten versehen ist.
Stand der Technik
Bei einem elektrisch kommutierten Motor ist ein Maschinenteil, insbesondere ein Rotor mit einer Mehrzahl von Permanentmagneten versehen, welche möglichst stabil im Rotor befestigt werden müssen.
Ein derartiger Rotor ist üblicherweise als ein Speichenrotor ausgebildet, welcher ein Paket aufeinander angeordneter Rotorlamellenbleche umfasst. Die Rotorlamellenbleche sind Stanzteile, in welchen jeweils speichenförmig angeordnete Ausnehmungen angeordnet sind. Im Rotorpaket liegen die speichenförmig angeordneten Ausnehmungen derart übereinander, dass Taschen zur Aufnahme der Permanentmagnete gebildet werden. Die Permanentmagnete werden in den Taschen durch Klebstoff oder durch Klemmnasen fixiert.
Die Taschen sind üblicherweise aus Toleranzgründen länger bemessen als die einzuschiebenden Magnete. Die aus einem Rotorlamellenblech gebildeten Klemmnasen sind allerdings üblicherweise nicht oder nur zu einem geringen Grad elastisch verformbar, so dass die Oberfläche der Magneten beim Einschieben beschädigt werden kann. Meist ist ein zusätzliches Verkleben der Magnete erforderlich, da die Klemmnasen die Magnete nicht ausreichend in den Taschen fixieren.
Auch mit einer zusätzlichen Verklebung kann allerdings keine sichere Befesti- gung der Magnete in den Taschen des Rotorpakets erreicht werden, da Klebstoff und Metall jeweils einen unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizient aufweisen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Maschinenteil für eine elektrische Maschine bereitzustellen, welches eine verbesserte Befestigung der Magnete ermöglicht, wobei eine Beschädigung der Magnete beim Einbau verhindert werden soll.
Offenbarung der Erfindung
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Maschinenteil gemäß Anspruch 1 , ein elektrisch kommutierter Motor und ein Bügelfederring gemäß den nebengeordneten Ansprüchen bereitgestellt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen erläutert.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Maschinenteil, insbesondere ein Läufer oder Stator einer elektrischen Maschine, vorgesehen. Das Maschinenteil umfasst:
ein Paket aus einer Mehrzahl von übereinander geschichteten Lamellenblechen,
wenigstens einen Magneten, welcher in einer im Paket ausgebildeten Tasche aufgenommen ist, und
ein Bügelfederbauteil, umfassend wenigstens ein Federelement, das zwischen dem Magneten und einem Rand der Tasche angeordnet ist.
Ein derartiges Bügelfederbauteil kann gleichzeitig mit dem Einbau des Magneten in das Paket angebracht werden und ermöglicht eine sichere Befestigung des Magneten. Das Bügelfederbauteil kann eine Deckplatte umfassen, an der mehrere Federelemente angeordnet sind, so dass mit einem Arbeitsschritt gleichzeitig mehrere Federelemente montiert werden können. Gemäß einer Ausführungsform kann die Deckplatte des Bügelfederbauteils in
Kontakt mit einer Oberfläche des Magneten sein. Hierdurch kann der Magnet auch in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Lamellenbleche fixiert werden.
Die Federelemente können jeweils V-förmig ausgebildet sein, wobei ein Schen- kel des Federelements mit der Deckplatte verbunden ist und der andere Schenkel des Federelements an einem Rand der im Paket ausgebildeten Tasche angeordnet ist. Somit wird beim Einschub eines derartigen V-förmigen Federelements kein möglicherweise scharfkantiges Ende des Federelements an der Oberfläche des Magneten vorbei geschoben, sondern das Federelement berührt den Magneten flächig. Nach Einbau des Federelements kann sich der gesamte mit der Deckplatte verbundene Schenkel an der Oberfläche des Magneten abstützen, so dass eine hohe Haltekraft auf den Magneten ausgeübt werden kann, ohne dass die Oberfläche des Magneten einer übermäßigen punktuellen Druckbelastung ausgesetzt ist.
Gemäß einer Ausführungsform kann jedes Federelement mit einer Rastnase versehen sein, welche sich an einer durch zwei Lamellenbleche des Pakets gebildeten Stufe abstützt. Eine derartige Rastnase sichert das Bügelfederbauteil gegen Herausrutschen aus dem Paket.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann an zwei Seiten des Pakets jeweils ein Bügelfederbauteil angeordnet sein. Hierdurch können die Magnete nach allen Seiten gegen eine Verlagerung oder ein Herausfallen gesichert werden.
Vorzugsweise ist das Bügelfederbauteil als Stanzteil oder als Drahtbiegeteil ausgebildet.
Weiterhin wird ein elektrisch kommutierter Motor bereitgestellt, umfassend einen Rotor, welcher als ein voranstehend beschriebenes Maschinenteil ausgebildet ist. Insbesondere kann der Rotor als ein Speichenrotor ausgebildet sein und das Bügelfederbauteil kann als ein Bügelfederring ausgebildet sein.
Um eine stabile Fixierung der Magnete im Rotor zu erreichen, kann hierbei das Federelement an der radial innen gelegenen Oberfläche des Magneten angeordnet sein.
Schließlich wird ein Bügelfederring zur Befestigung von einer Mehrzahl von Magneten in Taschen in einem Rotor eines elektrisch kommutierten Motors bereitge- stellt, umfassend:
einen Deckring und
eine Mehrzahl von Federelementen, welche einstückig mit dem Deckring verbunden sind und welche jeweils zwischen einen der Magneten und den Rand einer dem Magneten zugeordneten Tasche einschiebbar sind.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf Rotorpaket;
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Bügelfederring;
Fig. 3 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Rotors; und
Fig. 4 eine Schnittansicht des Bügelfederrings.
Beschreibung von Ausführungsformen
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, sind in einem Rotorpaket 12 für den Rotor (Maschinenteil) eines elektrisch kommutierten Motors speichenförmig Taschen 14 ausgebil- det, in welchen Permanentmagnete 16 aufgenommen sind. Die Taschen 14 sind hierbei in radialer Richtung etwas länger ausgeführt als die Länge der Magnete 16. Das Rotorpaket 12 ist aus einer Mehrzahl übereinander angeordneter Rotorlamellenbleche gebildet.
Fig. 2 zeigt einen Bügelfederring 18 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welcher als ein Stanzteil aus einem nicht ferromagnetischen Metallblech gebildet ist. Der Bügelfederring 18 umfasst einen Deckring 20 und eine Mehrzahl von Federelementen 22, welche radial innen am Deckring 20 angeordnet sind.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, sind die Federelemente 22 jeweils zwischen einen Magneten 16 und eine radial innen liegende Wand der zugeordneten Tasche 14 eingeschoben. Dadurch können die Magnete 16 in radialer Richtung fixiert werden. Weiterhin liegt der Deckring 20 an einer Oberfläche des Magneten 16 derart an, dass der Magnet 16 durch den Deckring 18 auch gegen eine Verlagerung in axialer Richtung gesichert ist.
Der Bügelfederring 18 kann hierbei zusammen mit den Magneten 16 im Rotorpaket 12 eingebaut werden, so dass der Rotor 10 mit wenigen Arbeitsschritten effizient hergestellt werden kann. Beim Einbau der Magneten 16 und des Bügelfederrings 18 werden beispielsweise zuerst die Magneten 16 in die zugeordneten Taschen 14 im Rotorpaket 12 eingelegt, und anschließend wird der Bügelfederring 18 so eingeschoben, dass die Federelemente 22 zwischen die Magneten 16 und die radial innen liegenden Wände der Taschen 14 eingreifen.
Dadurch, dass das möglicherweise scharfkantige Ende der Federelemente 22, das nicht mit dem Deckring 20 verbunden ist, der Tasche 14 zugewandt ist, kommen nur glatte Flächen und Biegekanten des Federelements 20 in Berührung mit der Oberfläche des Magneten 16. Somit kann eine Beschädigung der Oberfläche des Magneten 16 verhindert werden.
Wenn, wie in Fig. 3 gezeigt, zwei Bügelfederringe 18 an beiden axialen Seiten des Rotors 10 verwendet werden, kann somit jeder Magnet 16 zu allen Seiten gesichert im Rotorpaket 12 fixiert werden.
Wie in Fig. 4 vergrößert dargestellt, weisen die Federelemente 22 jeweils einen V-förmigen Querschnitt auf, der vor dem Einbau in das Rotorpaket, wie in Teil a) von Fig. 4 gezeigt, so ausgebildet sein kann, dass die beiden Schenkel des V im Wesentlichen spiegelsymmetrisch geformt sind. Wird der Bügelfederring 18 in ein Rotorpaket 12 eingeschoben, wird das Federelement 22 derart elastisch verformt, dass der dem Magneten 16 zugewandte Schenkel im Wesentlichen parallel am Magneten 16 anliegt, wie in Teil b) von Fig. 4 gezeigt ist. Dadurch kann über die gesamte Fläche dieses Schenkels eine Haltekraft in radialer Richtung auf den Magneten 16 ausgeübt werden. Der Magnet 16 wird somit in radialer Richtung sicher in der Tasche 14 fixiert, ohne dass die Oberfläche des Magneten 16 beschädigt wird.
Der dem radial inneren Ende der Tasche 14 zugewandte Schenkel des V- förmigen Federelements 22 wird derart verformt, dass eine Rastnase 24 am Ende des Schenkels in eine Trennebene zwischen zwei Rotorlamellenblechen des Rotorpakets 12 eingreifen kann. Somit wird der Bügelfederring 18 gegen ein
Herausrutschen aus dem Rotorpaket 12 gesichert.

Claims

Ansprüche
1 . Maschinenteil (10), insbesondere Läufer oder Stator einer elektrischen Maschine, umfassend:
ein Paket (12) aus einer Mehrzahl von übereinander geschichteten Lamellenblechen,
wenigstens einen Magneten (16), welcher in einer im Paket (12) ausgebildeten Tasche (14) aufgenommen ist,
gekennzeichnet durch ein Bügelfederbauteil (18), umfassend wenigstens ein Federelement (22), das zwischen dem Magneten (16) und einem Rand der Tasche (14) angeordnet ist.
2. Maschinenteil (10) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Bügelfederbauteil (18) eine Deckplatte (20) umfasst, an der mehrere Federelemente (22) zum Anordnen in mehreren Taschen (14) angeordnet sind.
3. Maschinenteil (10) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckplatte (20) in Kontakt mit einer Oberfläche des Magneten (16) ist.
4. Maschinenteil (10) gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (22) V-förmig ausgebildet ist, wobei ein Schenkel des Federelements (22) mit der Deckplatte (20) verbunden ist und der andere Schenkel des Federelements (22) an einem Rand der im Paket (12) ausgebildeten Tasche (14) angeordnet ist.
5. Maschinenteil (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (22) mit einer Rastnase versehen ist, welche sich an einer durch zwei Lamellenbleche des Pakets (12) gebildeten Stufe abstützt.
6. Maschinenteil (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an zwei Seiten des Pakets (12) jeweils ein Bügelfederbauteil (18) angeordnet ist.
7. Maschinenteil (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bügelfederbauteil (18) als Stanzteil oder als Drahtbiegeteil ausgebildet ist.
8. Elektrisch kommutierter Motor, umfassend einen Rotor (10), welcher als ein Maschinenteil gemäß einem der voranstehenden Ansprüche ausgebildet ist.
9. Elektrisch kommutierter Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (22) an der radial innen gelegenen Oberfläche des Magneten (16) angeordnet ist
10. Bügelfederring (18) zur Befestigung von einer Mehrzahl von Magneten (16) in Taschen (14) in einem Rotor (10) eines elektrisch kommutierten Motors, umfassend:
einen Deckring (20) und
eine Mehrzahl von Federelementen (22), welche einstückig mit dem Deckring (20) verbunden sind und welche jeweils zwischen einen der Magneten (16) und den Rand einer dem Magneten (16) zugeordneten Tasche (14) einschiebbar sind.
EP11716272.7A 2010-06-22 2011-04-27 Selbstsicherndes spannelement für magnete eines maschinenteils einer elektrischen maschine Withdrawn EP2586116A2 (de)

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