WO1997035375A1 - Läufer für elektromotoren - Google Patents

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WO1997035375A1
WO1997035375A1 PCT/EP1997/000113 EP9700113W WO9735375A1 WO 1997035375 A1 WO1997035375 A1 WO 1997035375A1 EP 9700113 W EP9700113 W EP 9700113W WO 9735375 A1 WO9735375 A1 WO 9735375A1
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armature
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Jürgen Zöll
Thomas Werner
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Vdo Adolf Schindling Ag
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    • H02K15/024—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies with slots
    • H02K15/028—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies with slots for fastening to casing or support, respectively to shaft or hub
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/14—Fastenings of commutators or slip-rings to shafts
    • H01R39/16—Fastenings of commutators or slip-rings to shafts by means of moulded or cast material applied during or after assembly
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/32—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation

Definitions

  • the invention relates to a rotor for electric motors with an armature package and a shaft and with an insulation surrounding the armature package.
  • the invention also relates to a method for producing a rotor for electric motors.
  • the object of the invention is to provide a rotor for electric motors which, with low manufacturing costs, provides uniform and reliable insulation, good coaxiality between the shaft and armature package and thus low unbalance, and good interlocking between the shaft and armature package with simultaneous insulation the two parts and also has good resistance to fuels.
  • This configuration of a rotor achieves a good positive fit between the shaft and the anchor package with exact alignment, that is to say centering of the shaft with respect to the anchor package, as a result of which there is little imbalance.
  • the fact that the insulation can also be made uniformly thick at the edges of the armature package is particularly advantageous, as a result of which later short circuits can be avoided, which significantly increases the reliability of such runners.
  • the insulation between the one to be applied are molded in one piece with the rest of the armature insulation and surround the shaft in a form-fitting manner on both end faces of the armature package in the manner of a hub.
  • These insulations which are designed as hubs, are easy to produce, since they are molded on with the rest of the insulation and can therefore be adapted in a simple manner to the requirements with ease of manufacture.
  • one of the two hubs is designed on its free end face as a coupling part for a part to be driven, this saves the attachment of a coupling, for example for driving a gasoline pump, which reduces the manufacturing costs.
  • a further advantageous embodiment of the invention is characterized in that a collector is positively connected to the shaft by injection molding by means of the injection molding compound used to isolate the anchor package, which forms the molding compound of the collector.
  • the additional attachment of the collector is also omitted here, which favors the manufacture of such a runner.
  • the molding compound of the collector can be made in one piece with one of the two hubs.
  • the electrically insulating plastic can be resistant to fuels for motor vehicles, which was only achievable under certain conditions with the insulation produced by powder coating.
  • the method for producing a rotor of the type described hitherto is characterized according to the invention in that the armature package and the shaft are placed in an injection mold, centered and aligned with one another in such a way that the armature package is on its insulation-free surfaces necessary for the magnetic flux is sealed against the injection mold that slides are inserted into the package grooves used to hold the windings, said slides being at a distance corresponding to the desired insulation layer thickness from the boundary wall of the package grooves and on the outer edges of the open package groove on the outer circumference of the anchor package lie directly against the anchor package and that the respective gaps between the injection mold and the anchor package, between the shaft and the anchor package and between the slides and the package grooves are sprayed out with an electrically insulating plastic compound .
  • the insulating hubs are molded on simultaneously with the filling of the interspaces.
  • the collector can be inserted into the injection mold at the same time as the other parts of the rotor, and the collector mass can be sprayed onto the shaft in a form-fitting manner as the gaps are filled, whereby the collector is connected to the shaft.
  • FIG. 1 a longitudinal section through a rotor for electric motors
  • Figure 2 shows a cross section through a rotor according to Figure 1;
  • FIG. 3 a longitudinal section corresponding to FIG. 1 of a modified rotor
  • FIG. 4 an enlarged section in the area of an anchor groove
  • FIG. 5 is a view of an end of the rotor in an enlarged view.
  • a rotor for electric motors comprises an armature package 1 and a shaft 2 protruding on both sides above the armature package.
  • the positive connection between the armature package 1 and the shaft 2 is brought about by an insulating compound 3 consisting of plastic, which extends into the intermediate space is injected between the anchor package 1 and the shaft 2.
  • insulating approaches in the manner of hubs 4 and 5 are simultaneously molded on, which encompass the shaft 2 in a form-fitting manner. These hubs 4 and 5 are necessary to insulate the winding (not shown in the drawing) from the shaft 2.
  • This winding is carried out around the webs 6 of the armature package, which can be seen in FIG. 2, and are located in the package slots denoted by 7.
  • the package grooves 7 are lined with uniform insulation 8, as can be seen in particular from FIG.
  • the insulating layer 8 extends to the outer surface 9 of the armature package 1, which must be free of insulation because of the magnetic flux that occurs.
  • the boundary edges of the narrow gap 10 between adjacent anchor heads 11 are thus also covered with the insulating layer 8.
  • a further insulating layer 12 is located on each end face of the armature package 1. This insulating layer 12 does not reach all the way to the outer edge of the anchor package, so that a small annular area, designated 13, remains free on the anchor heads 11.
  • the armature package 1 and the shaft 2 are introduced into an injection mold, the outer surface 14 and the outer annular region 13 of the anchor package lying tightly against the injection mold, so that no plastic can penetrate into this region during the injection molding process.
  • the end faces of the anchor package are at a distance from the injection mold corresponding to the thickness of the insulating layer 12.
  • the shaft is centered and aligned with respect to the anchor package and then slides are inserted into the package grooves 7, which have a distance corresponding to the thickness of the insulating layer 8 from the boundary walls of this package groove. After the mold has been closed, the gaps thus formed become electrical injected insulating plastic, whereby not only the positive connection between the armature package and the shaft 2, but also the insulation 4 and 5 and the insulating layers 8 and 12 are produced.
  • a collector 15 can be attached to the shaft 2. It is necessary that the injection mold is designed accordingly and that the collector 15 with the remaining parts of the rotor is placed in the injection mold so that the molding compound 16 of the collector can be injected when the interstices are filled, which connects the collector 15 to the shaft 2 in a form-fitting manner.
  • FIG. 5 shows the design of a coupling part 17 molded onto the hub 4, which has a plurality of claws 18, which are used for positive engagement in a correspondingly designed coupling part of a part to be driven, for example a gasoline pump.
  • the injection mold is designed accordingly.

Abstract

Der Läufer für Elektromotoren umfaßt ein Ankerpaket (1) und eine Welle (2), die beidseitig über das Ankerpaket hervorsteht und durch eine Isoliermasse (3) formschlüssig mit dem Ankerpaket verbunden ist. Diese Isoliermasse wird durch Spritzgießen in einer Spritzgußform hergestellt, wobei gleichzeitig die Isolierungsschichten (12) an den Stirnseiten des Ankerpaketes, die nach Art von Naben (4, 5) ausgebildeten Isolierungen zwischen den Wickelköpfen und der Welle (2) und die Innenauskleidung (8) der Paketnuten gespritzt werden.

Description

Läufer für Elektromotoren
Die Erfindung bezieht sich auf einen Läufer für Elektromotoren mit einem Ankerpaket und einer Welle sowie mit einer das Ankerpaket umgebenden Isolierung . Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung eines Läufers für Elektromotoren .
Bei einem bisher bekannten Läufer ist die Welle mit Reibschluß in das Ankerpaket eingepreßt worden . Die Isolierung des Ankerpaketes erfolgte durch Pulverbeschichtung. Nachteilig hierbei ist einerseits die Tatsache, daß eine Isolierung zwischen der Welle und dem An¬ kerpaket fehlt und andererseits daß die durch Pulverbeschichtung erzielte Isolierung ungleichmäßig ist und die beim Einsatz solcher Elektromotoren als Benzinpumpen notwendige Kraftstoffbeständig¬ keit nur unter bestimmten Verarbeitungsvoraussetzungen erzielbar ist. Eine weitere bekannte Möglichkeit der Isolierung zwischen dem Wickeldraht und dem Ankerpaket besteht im Einlegen einer Isolier¬ folie . Beide Möglichkeiten sind mit mehreren Arbeitsgängen verbun- den und führen obendrein nicht immer zu befriedigenden Isolierun¬ gen, insbesondere an den Kanten des Ankerpaketes . Die Beschich¬ tung mit Kunststoffpulver führt bekanntermaßen an den Kanten zu Schwierigkeiten, weil dort das Pulver nur ungenügend haftenbleibt . Ein weiterer Nachteil bei den bekannten Läufern bestand darin, daß durch das Einpressen der Welle in das Ankerpaket die Koaxialität zwischen Welle und Ankerpaket nicht immer gewährleistet war, wes¬ halb es zu einer Unwucht kam , die bei Extremfällen zusätzlich aus¬ geglichen werden mußte .
Aufgabe der Erfindung ist es , einen Läufer für Elektromotoren zu schaffen, der bei geringen Herstellungskosten eine gleichmäßige und sichere Isolierung, eine gute Koaxialität zwischen Welle und Anker¬ paket und damit geringe Unwucht sowie einen guten Formschluß zwischen Welle und Ankerpaket bei gleichzeitiger Isolierung zwi¬ schen den beiden Teilen und auch eine gute Beständigkeit gegenüber Kraftstoffen aufweist.
Diese Aufgabe wird bei einem Läufer für Elektromotoren der ein¬ gangs erläuterten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das An¬ kerpaket bis auf die für den Magnetfluß notwendigen isolierungsfrei¬ en Flächen von einer durch Spritzgießen hergestellten Isolierschicht allseitig umgeben ist und daß die aus Kunststoff bestehende Isolie¬ rung zwischen Welle und Ankerpaket den Formschluß zwischen die¬ sen Teilen herstellt.
Durch diese Ausbildung eines Läufers wird ein guter Formschluß zwischen Welle und Ankerpaket bei exakter Ausrichtung , das heißt Zentrierung der Welle gegenüber dem Ankerpaket erreicht, wodurch eine geringe Unwucht vorliegt. Besonders vorteilhaft ist die Tatsa¬ che, daß die Isolierung auch an den Kanten des Ankerpaketes gleichmäßig dick ausführbar ist, wodurch spätere Kurzschlüsse meidbar sind , was die Zuverlässigkeit solcher Läufer wesentlich er¬ höht.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn nach einer bevorzugten Ausgestal¬ tung der Erfindung die Isolierung zwischen dem aufzubringenden Wickelkopf und der Welle einstückig mit der übrigen Ankerisolie¬ rung angespritzt ist und die Welle nach Art einer Nabe an beiden Stirnseiten des Ankerpaketes formschlüssig umgibt. Diese als Naben ausgebildeten Isolierungen sind einfach herstellbar, da sie mit der übrigen Isolierung angespritzt werden und somit in einfacher Weise den Erfordernissen bei leichter Herstellbarkeit angepaßt werden können .
Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine der beiden Na¬ ben an ihrer freien Stirnseite als ein Kupplungsteil für ein anzutrei¬ bendes Teil ausgebildet ist, so wird hierdurch die Anbringung einer Kupplung , beispielsweise zum Antrieb einer Benzinpumpe einge¬ spart, was die Herstellungskosten verringert.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Kollektor mittels der zur Isolierung des An¬ kerpaketes dienenden Spritzgußmasse formschlüssig mit der Welle durch Spritzgießen verbunden ist, die die Formmasse des Kollektors bildet. Auch hier entfällt das zusätzliche Anbringen des Kollektors , was die Herstellung eines solchen Läufers begünstigt. Dabei kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die Formmasse des Kollek¬ tors mit einer der beiden Naben einstückig ausgeführt sein .
Bei entsprechender Materialauswahl kann der elektrisch isolierende Kunststoff gegen Kraftstoffe für Kraftfahrzeuge beständig sein , was bei der durch Pulverbeschichtung hergestellten Isolierung nur unter besti mmten Voraussetzungen erreichbar war.
Das Verfahren zur Herstellung eines Läufers der bisher beschriebe¬ nen Art ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das An¬ kerpaket und die Welle in eine Spritzgußform eingelegt, gegenseitig zentriert und ausgerichtet werden , daß dabei das Ankerpaket an sei¬ nen für den Magnetfluß notwendigen isolierungsfreien Flächen ge¬ genüber der Spritzgußform abgedichtet wird , daß in die zur Aufnah¬ me der Wicklungen dienenden Paketnuten Schieber eingeschoben werden, die zu der Begrenzungswand der Paketnuten einen der an¬ gestrebten Isolationsschichtdicke entsprechenden Abstand aufweisen und an den Außenkanten der am Außenumfang des Ankerpaketes of¬ fenen Paketnut unmittelbar am Ankerpaket dichtend anliegen und daß die jeweiligen Zwischenräume zwischen der Spritzgußform und dem Ankerpaket, zwischen der Welle und dem Ankerpaket und zwischen den Schiebern und den Paketnuten mit einer elektrisch isolierenden Kunststoffmasse ausgespritzt werden.
Hierdurch wird in einem Arbeitsgang nicht nur der Formschluß zwi¬ schen Welle und Ankerpaket hergestellt, sondern es werden auch die Stirnseiten des Ankerpaketes und die Nuten des Ankerpaketes mit einer gleichmäßig dicken Isolierschicht überzogen .
Es ist vorteilhaft, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die isolierenden Naben gleichzeitig mit dem Auffüllen der Zwischen¬ räume angespritzt werden. In gleicher Weise kann der Kollektor gleichzeitig mit den übrigen Teilen des Läufers in die Spritzgußform eingelegt und die Kollektormasse gleichzeitig mit dem Auffüllen der Zwischenräume formschlüssig auf die Welle aufgespritzt werden, wodurch der Kollektor mit der Welle verbunden wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dar¬ gestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert . In der Zeichnung zeigen :
Figur 1 : einen Längsschnitt durch einen Läufer für Elektromoto¬ ren;
Figur 2 : einen Querschnitt durch einen Läufer nach Figur 1 ;
Figur 3: einen der Figur 1 entsprechenden Längsschnitt eines ab¬ geänderten Läufers ;
Figur 4: einen vergrößerten Ausschnitt im Bereich einer Ankernut; und
Figur 5: eine Ansicht eines Endes des Läufers in vergrößerter Darstellung . Entsprechend der Darstellung in der Zeichnung umfaßt ein Läufer für Elektromotoren ein Ankerpaket 1 und eine beidseitig über das Ankerpaket hervorstehende Welle 2. Der Formschluß zwischen dem Ankerpaket 1 und der Welle 2 wird durch eine aus Kunststoff beste¬ hende Isoliermasse 3 bewirkt, die in den Zwischenraum zwischen dem Ankerpaket 1 und der Welle 2 eingespritzt wird . Bei diesem Spritzvorgang werden gleichzeitig isolierende Ansätze nach Art von Naben 4 und 5 angespritzt, die die Welle 2 formschlüssig umgreifen . Diese Naben 4 und 5 sind notwendig, um eine Isolierung der in der Zeichnung nicht dargestellten Wicklung gegenüber der Welle 2 zu erzielen . Diese Wicklung wird um die aus Figur 2 erkennbaren Stege 6 des Ankerpaketes ausgeführt und befinden sich in den mit 7 be¬ zeichneten Paketnuten . Die Paketnuten 7 sind mit einer gleichmäßi¬ gen Isolierung 8 ausgekleidet, wie dies irisbesondere aus Figur 4 hervorgeht. Dabei reicht die Isolierschicht 8 bis an die Außenfläche 9 des Ankerpaketes 1 , die wegen des auftretenden Magnetflusses frei von einer Isolierung sein muß . Somit sind auch die Begrenzungskan¬ ten des schmalen Spaltes 10 zwischen jeweils benachbarten Anker¬ köpfen 1 1 mit der Isolierschicht 8 überzogen . Eine weitere Isolier¬ schicht 12 befindet sich an jeder Stirnseite des Ankerpaketes 1 . Die¬ se Isolierschicht 12 reicht nicht ganz bis an die Außenkante des An¬ kerpaketes heran, so daß ein geringer, mit 13 bezeichneter ringför¬ miger Bereich an den Ankerköpfen 1 1 freibleibt .
Alle diese Isolierungen, nämlich 3 , 4, 5 , 8 und 12 , werden in einem Arbeitsgang hergestellt . Hierzu wird das Ankerpaket 1 und die Welle 2 in eine Spritzgußform eingebracht, wobei die äußere Fläche 14 und der äußere ringförmige Bereich 13 des Ankerpaketes abgedichtet an der Spritzgußform anliegen , damit in diesen Bereich kei n Kunststoff beim Spritzvorgang eindringen kann . Die Stirnseiten des Ankerpake¬ tes weisen einen der Dicke der Isolierschicht 12 entsprechenden Ab¬ stand zur Spritzgußform auf. In dieser Spritzgußform wird die Welle gegenüber dem Ankerpaket zentriert und ausgerichtet und danach werden in die Paketnuten 7 Schieber eingeschoben , die einen der Dicke der Isolierschicht 8 entsprechenden Abstand zu den Begren¬ zungswänden dieser Paketnut aufweisen . Nach dem Schließen der Form werden dann die so gebildeten Zwischenräume mi t elektrisch isolierendem Kunststoff ausgespritzt, wodurch nicht nur der Form¬ schluß zwischen dem Ankerpaket und der Welle 2 , sondern auch die Isolierungen 4 und 5 und die Isolierschichten 8 und 12 hergestellt werden .
Bei diesem Herstellungsvorgang kann, wie aus Figur 3 ersichtlich , ein Kollektor 15 auf der Welle 2 befestigt werden. Hierbei ist es er¬ forderlich , daß die Spritzgußform entsprechend ausgebildet ist und der Kollektor 15 mit den übrigen Teilen des Läufers in die Spritz¬ gußform eingelegt wird , so daß bei dem Auffüllen der Zwischenräu¬ me die Formmasse 16 des Kollektors mit eingespritzt werden kann, die den Kollektor 15 mit der Welle 2 formschlüssig verbindet.
Figur 5 zeigt die Ausbildung eines an die Nabe 4 angespritzten Kupplungsteiles 17 , das mehrere Klauen 18 aufweist, die für den formschlüssigen Eingriff in ein entsprechend ausgebildetes Kupp¬ lungsteil eines anzutreibenden Teiles, beispielsweise einer Benzin¬ pumpe , dienen . Zur Herstellung dieses Kupplungsteiles 17 ist die Spritzgußform entsprechend ausgebildet.

Claims

- 7 -Patentansprüche
1 . Läufer für Elektromotoren mit einem Ankerpaket und einer Welle sowie mit einer das Ankerpaket umgebenden Isolierung , da¬ durch gekennzeichnet, daß das Ankerpaket ( 1 ) bis auf die für den Magnetfluß notwendigen isolierungsfreien Flächen von einer durch Spritzgießen hergestellten Isolierschicht (3 , 4, 5 , 8 , 12) allseitig umgeben ist und daß die aus Kunststoff bestehende Isolierung (3) zwischen Welle (2) und Ankerpaket ( 1 ) den Formschluß zwischen diesen Teilen herstellt.
2. Läufer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung zwischen dem aufzubringenden Wickelkopf und der Welle (2) einstückig mit der übrigen Ankerisolierung angespritzt ist und die Welle nach Art einer Nabe (4 , 5) an den beiden Stirnseiten des Ankerpaketes ( 1 ) formschlüssig umgibt .
3 . Läufer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Naben (4) an ihrer freien Stirnseite als ein Kupplungsteil (17) für ein anzutreibendes Teil ausgebildet ist.
4. Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekenn¬ zeichnet, daß ein Kollektor (15) mittels der zur Isolierung des An¬ kerpaketes ( 1 ) dienenden Spritzgußmasse formschlüssig mit der Welle (2) durch Spritzgießen verbunden ist, die die Formmasse ( 16) des Kollektors ( 15) bildet.
5. Läufer nach Asnpruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Formmasse (16) des Kollektors ( 15) mit einer der beiden Naben (5) einstückig ausgeführt ist .
6. Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der elektrisch isolierende Kunststoff gegen Kraftstoffe für Kraftfahrzeuge beständig ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines Läufers nach einem der An¬ sprüche 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet, daß das Ankerpaket und die Welle in eine Spritzgußform eingelegt, gegenseitig zentriert und ausgerichtet werden, daß dabei das Ankerpaket an seinen für den Magnetfluß notwendigen isolierfreien Flächen gegenüber der Spritz¬ gußform abgedichtet wird, daß in die zur Aufnahme der Wicklungen dienenden Paketnuten Schieber eingeschoben werden, die zur der Begrenzungswand der Paketnuten einen der angestrebten Isolations¬ schichtdicke entsprechenden Abstand aufweisen und an den Außen¬ kanten der am Außenumfang des Ankerpaketes offenen Paketnut unmittelbar am Ankerpaket dichtend anliegen und daß die jeweiligen Zwischenräume zwischen der Spritzgußform und dem Ankerpaket, zwischen der Welle und dem Ankerpaket und zwischen den Schiebern und den Paketnuten mit einer elektrisch isolierenden Kunststoffmasse ausgespritzt werden .
8. Verfahren nach Anspruch 7 zur Herstellung eines Läufers nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die isolierenden Naben gleichzeitig mit dem Auffüllen der Zwischenräume angespritzt werden .
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 zur Herstellung eines Läu¬ fers nach Anspruch 4 oder 5 , dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor gleichzeitig mit den übrigen Teilen des Läufers in die Spritzgußform eingelegt und die Kollektormasse gleichzeitig mit dem Auffüllen der Zwischenräume formschlüssig auf die Welle aufge¬ spritzt wird , wodurch der Kollektor mit der Welle verbunden wird .
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