WO2007045545A1 - Rotor für eine elektrische maschine - Google Patents

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permanent magnet
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Guenter Kastinger
Markus Sarasa
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Robert Bosch Gmbh
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    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
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    • 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
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    • H02K15/03—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies having permanent magnets

Definitions

  • the invention relates to a rotor for an electric machine, in particular for a brushless synchronous motor, comprising a rotor body which is arranged on a shaft, and at least one permanent magnet integrated in the rotor body.
  • EP 909 003 A e.g. describes a rotor with permanent magnet poles, which consists of a rotor core with slots for receiving rectangular, plate-shaped permanent magnets.
  • the slots extend in the axial direction through the rotor core and are arranged in the direction of rotation of the rotor substantially equidistant.
  • the permanent magnets are attached by adhesive bonding in the slots of the rotor core.
  • a rotor with permanent magnets is also known, which are integrated in the rotor body, wherein the rotor body is a permanent magnet enclosing, one-piece Eisenpulverpressteil in three main directions of good magnetic conductivity.
  • the iron powder press part is in particular made of SMC (Soft Magnetic Composite) material.
  • the permanent magnets are in the form of cup-shaped segments.
  • Such a rotor body is produced by means of a press mold, which consists of a fully cylindrical inner mold part and a concentrically arranged, hollow cylindrical outer mold part. In the cavity between the inner mold part and the outer mold part, the cup-shaped permanent magnets are positioned before the gap between the permanent magnets with iron powder is filled. After pressing and optionally thermal aftertreatment, the pressimg is removed from the mold.
  • the manufacture of the rotors with integrated permanent magnets known from the prior art is comparatively complicated, since the permanent magnets are manufactured separately and either subsequently individually into the rotor body, e.g. be introduced by gluing or positionally accurate in the mold must be arranged.
  • the rotor body must also be applied to the shaft in a separate step.
  • Object of the present invention is therefore to provide a rotor for an electric machine with integrated permanent magnet, which is easy to manufacture.
  • the rotor according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that it comparatively simple, i. in a few steps, can be produced.
  • it can be produced in one step by means of multi-component injection molding so that the rotor body and the at least one permanent magnet integrated in the rotor body form in particular a plastic injection-molded part.
  • the rotor body e.g. a cylindrical rotor body, in particular integrally formed on the shaft.
  • the encapsulation of the shaft for molding the rotor body is carried out with a soft magnetic plastic.
  • the magnetically modified plastic is preferably a thermoplastic material containing iron-silicon powder.
  • Other soft magnetic materials e.g. Iron or nickel-iron, are also suitable for soft-magnetic modification of a thermoplastic or a mixture of thermoplastics.
  • At least one permanent magnet integrated in the rotor body is injection-molded. It is also possible to spray two or more permanent magnets integrated in the rotor body. At two and a plurality of permanent magnets, the permanent magnets are preferably arranged equidistantly in the circumferential direction of the rotor body, that is, they are arranged offset in the rotor rotation direction by the same pole pitch. Other known from the prior art positioning are also possible.
  • the integrated or buried permanent magnets are, for example, substantially rectangular or cup-shaped and are arranged axially, so that they pass from one end face to the other through the rotor body.
  • the magnetically modified plastic is preferably a thermoplastic material which contains, for example, a ferrite, AlNiCo, NdFeB or SmCo.
  • thermoplastic material for the soft magnetic and hard magnetic modified plastics is for example polypropylene or polyamide.
  • Other thermoplastics as well as blends of thermoplastics may also be used.
  • Plastic may contain other known from the prior art additives for modifying the chemical and physical properties of the plastic.
  • Another object of the invention is a method for producing the rotor according to the invention, in which a rotor body made of a magnetically modified plastic and at least one permanent magnet integrated in the rotor body are formed from a hard magnetically modified plastic by injection molding.
  • the inventive method for producing the rotor according to the invention is based on the well-known from the prior art multi-component injection molding, with which the combination of different plastics is possible to a complete molded part in a production process.
  • the method according to the invention thus has the advantage that the rotor is produced from a rotor body and at least one permanent magnet integrated in the rotor body in one step. This means that the at least one permanent magnet does not have to be manufactured in a separate process in order subsequently to be integrated into the rotor body.
  • the injection molding process makes it possible to integrate the at least one permanent magnet during molding in the rotor body.
  • Rotor body are provided in an injection mold an axial opening for receiving the shaft. After injection of the magnetically modified plastic for forming the integrated permanent magnets, the finished injection molding can be applied to a shaft.
  • the application may e.g. done mechanically.
  • the rotor body is formed by molding a shaft with a magnetically modified plastic.
  • the rotor body with the at least one integrated permanent magnet is not produced in a separate process, in order subsequently to be applied to a shaft.
  • the preferred injection molding method makes it possible to mold the rotor body during molding to the shaft.
  • a rotor body is formed by molding a shaft with a magnetically modified plastic in a first cavity of a mold and forming at least one permanent magnet integrated in the rotor body by injecting a hard-magnetically modified plastic in a second cavity of the same mold.
  • a shaft is inserted into the first cavity of the mold.
  • the finished injection-molded part, the rotor is removed from the mold after encapsulation of the shaft and injection of the hard-magnetically modified plastic.
  • the unfinished injection molding remains in a tool half of the first cavity after injection of the first component Tool part, eg a tool half, is moved or rotated to a new position.
  • the magnetization of the permanent magnets takes place after the injection molding, for example, after removal of the rotor body with integrated
  • Permanent magnets in a manner known to those skilled in the art.
  • the magnetization can also take place during injection molding by integrating a magnetizing coil into the mold.
  • the rotor according to the invention is suitable as a rotor for an electric machine, in particular a brushless synchronous motor.
  • FIG. 1 shows schematically an embodiment of the rotor 10 according to the invention in cross section.
  • a cylindrical rotor body 14 made of a magnetically modified plastic and four permanent magnets 16, which are integrated into the rotor body 14 and made of a magnetically modified plastic, are molded onto a shaft 12.
  • the four permanent magnets 16 are in

Abstract

Die Erfindung beschreibt einen Rotor für eine elektrische Maschine, umfassend einen auf einer Welle (12) angeordneten Rotorkörper (14) und wenigstens einen in den Rotorkörper (14) integrierten Permanentmagneten (16), wobei der Rotorkörper (14) aus einem weichmagnetisch modifizierten Kunststoff und der wenigstens eine Permanentmagnet (16) aus einem hartmagnetisch modifizierten Kunststoff bestehen.

Description

Rotor für eine elektrische Maschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen bürstenlosen Synchronmotor, umfassend einen Rotorkörper, der auf einer Welle angeordnet ist, und wenigstens einen in den Rotorkörper integrierten Permanentmagneten.
Aus dem Stand der Technik sind Rotoren mit Permanentmagneten für elektrische Maschinen bekannt, bei denen die Permanentmagnete in den Rotorkörper eingebettet sind, d.h. die Permanentmagnete sind von dem Rotorkörper vollständig umgeben. Derartig integrierte Permanentmagnete werden auch als vergrabene oder verdeckte Permanentmagnete bezeichnet.
In EP 909 003 A ist z.B. ein Rotor mit Permanentmagnetpolen beschrieben, der aus einem Rotorkern mit Schlitzen zur Aufnahme von rechteckigen, plattenförmigen Permanentmagneten besteht. Die Schlitze erstrecken sich in axialer Richtung durch den Rotorkern und sind in Rotationsrichtung des Rotors im Wesentlichen äquidistant angeordnet. Die Permanentmagnete sind mittels Klebeverbindung in den Schlitzen des Rotorkerns befestigt.
Aus WO 03/88450 ist ebenfalls ein Rotor mit Permanentmagneten bekannt, die in den Rotorkörper integriert sind, wobei der Rotorkörper ein die Permanentmagnete umschließendes, einstückiges Eisenpulverpressteil mit in drei Hauptrichtungen guter magnetischer Leitfähigkeit ist. Das Eisenpulverpressteil ist insbesondere aus SMC- Material (Soft Magnetic Composite). Die Permanentmagnete haben die Form von schalenförmigen Segmenten. Ein solcher Rotorkörper wird mit Hilfe einer Pressform her- gestellt, die aus einem vollzylindrischen Innenformteil und einem konzentrisch angeordneten, hohlzylindrischen Außenformteil besteht. In den Hohlraum zwischen Innenformteil und Außenformteil werden die schalenförmigen Permanentmagnete positioniert, bevor der Zwischenraum zwischen den Permanentmagneten mit Eisenpulver befüllt wird. Nach dem Verpressen und der ggf. thermischen Nachbehandlung wird der Pressimg aus der Pressform entfernt.
Die Herstellung der aus dem Stand der Technik bekannten Rotoren mit integrierten Permanentmagneten ist vergleichsweise aufwändig, da die Permanentmagnete separat hergestellt werden und entweder nachträglich einzeln in den Rotorkörper z.B. mittels Kleben eingebracht werden oder positionsgenau in der Pressform angeordnet werden müssen. Der Rotorkörper muss außerdem in einem separaten Schritt auf die Welle aufgebracht werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Rotor für eine elektrische Maschine mit integrierten Permanentmagneten bereitzustellen, der einfach herstellbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Rotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass er vergleichsweise einfach, d.h. in wenigen Arbeitsschritten, herstellbar ist.
Er kann insbesondere mittels Mehrkomponenten-Spritzgießens in einem Schritt hergestellt werden, so dass der Rotorkörper und der wenigstens eine in den Rotorkörper integrierte Permanentmagnet insbesondere ein Kunststoffspritzgießteil bilden.
Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Rotors mittels Mehrkomponenten- Spritzgießens wird der Rotorkörper, z.B. ein zylinderförmiger Rotorkörper, insbesondere einstückig an die Welle angeformt. Das Umspritzen der Welle zum Formen des Rotorkörpers erfolgt mit einem weichmagnetisch modifizierten Kunststoff. Der weichmagnetisch modifizierte Kunststoff ist bevorzugt ein Eisen-Silizium-Pulver enthaltender thermoplastischer Kunststoff. Andere weichmagnetische Materialien, z.B. Eisen oder Nickel-Eisen, sind ebenfalls geeignet, einen thermoplastischen Kunststoff oder eine Mischung thermoplastischer Kunststoffe weichmagnetisch zu modifizieren.
Mit einem hartmagnetisch modifizierten Kunststoff wird wenigstens ein in den Rotorkörper integrierter Permanentmagnet angespritzt. Es können auch zwei und mehrere in den Rotorkörper integrierte Permanentmagnete angespritzt werden. Bei zwei und mehreren Permanentmagneten sind die Permanentmagnete vorzugsweise in Umfangs- richtung des Rotorkörpers äquidistant angeordnet, d.h. sie sind in Rotordrehrichtung um gleiche Polteilung versetzt angeordnet. Andere, aus dem Stand der Technik bekannte Positionierungen sind auch möglich. Die integrierten oder vergrabenen Permanent- magnete sind z.B. im Wesentlichen rechteckförmig oder schalenförmig und sind axial angeordnet, so dass sie von einer Stirnseite zur anderen durch den Rotorkörper hindurchgehen. Der hartmagnetisch modifizierte Kunststoff ist vorzugsweise ein thermoplastischer Kunststoff, welcher z.B. ein Ferrit, AlNiCo, NdFeB oder SmCo enthält.
Als thermoplastischer Kunststoff für die weichmagnetisch und hartmagnetisch modifizierten Kunststoffe eignet sich beispielsweise Polypropylen oder Polyamid. Andere thermoplastische Kunststoffe sowie Mischungen von thermoplastischen Kunststoffen können ebenfalls verwendet werden.
Der weichmagnetisch modifizierte Kunststoff und der hartmagnetisch modifizierte
Kunststoff können weitere, aus dem Stand der Technik bekannte Additive zur Modifizierung der chemischen und physikalischen Eigenschaften des Kunststoffs enthalten.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Rotors, bei dem ein Rotorkörper aus einem weichmagnetisch modifizierten Kunststoff und wenigstens ein in den Rotorkörper integrierter Permanentmagnet aus einem hartmagnetisch modifizierten Kunststoff durch Spritzgießen geformt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Rotors basiert auf dem aus dem Stand der Technik bekannten Mehrkomponentenspritzgießen, mit dem die Kombination unterschiedlicher Kunststoffe zu einem kompletten Formteil in einem Fertigungsgang möglich ist. Das erfindungsgemäße Verfahren hat somit den Vorteil, dass die Herstellung des Rotors aus einem Rotorkörper und wenigstens einem in den Rotor- körper integrierten Permanentmagneten in einem Schritt erfolgt. Dies bedeutet, dass der wenigstens eine Permanentmagnet nicht in einem separaten Verfahren hergestellt werden muss, um anschließend in den Rotorkörper integriert zu werden. Das Spritzgießverfahren erlaubt es, den wenigstens einen Permanentmagneten beim Formen in den Rotorkörper zu integrieren. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann beim Formen des - A -
Rotorkörpers in einem Spritzgießwerkzeug eine axiale Öffnung zur Aufnahme der Welle vorgesehen werden. Nach dem Einspritzen des hartmagnetisch modifizierten Kunststoffs zum Formen der integrierten Permanentmagnete kann der fertige Spritzling auf eine Welle aufgebracht werden. Das Aufbringen kann z.B. mechanisch erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Rotorkörper durch Umspritzen einer Welle mit einem weichmagnetisch modifizierten Kunststoff geformt. In dieser Ausführungsform erfolgt demnach sowohl das Formen des Rotorkörpers durch Spritzgießen aus einem weichmagnetisch modifizierten Kunststoff und das Formen des wenigstens einen integrierten Permanentmagneten durch Spritzgießen aus einem hartmagnetisch modifizierten Kunststoff als auch das Anformen des Rotorkörpers an die Welle in einem Schritt. Dies bedeutet, dass der Rotorkörper mit dem wenigstens einen integrierten Permanentmagneten nicht in einem separaten Verfahren hergestellt wird, um anschließend auf eine Welle aufgebracht zu werden. Das bevorzugte Spritzgießverfahren erlaubt es, den Rotorkörper beim Formen an die Welle anzuformen.
Vorzugsweise erfolgt das Formen eines Rotorkörpers durch Umspritzen einer Welle mit einem weichmagnetisch modifizierten Kunststoff in einer ersten Kavität eines Formwerkzeugs und das Formen wenigstens eines in den Rotorkörper integrierten Permanentmagneten durch Einspritzen eines hartmagnetisch modifizierten Kunststoffs in einer zweiten Kavität desselben Formwerkzeugs. Vor dem Einspritzen des weichmagnetisch modifizierten Kunststoffs wird eine Welle in die erste Kavität des Formwerkzeugs eingelegt. Das fertige Spritzgießteil, der Rotor, wird nach dem Umspritzen der Welle und dem Einspritzen des hartmagnetisch modifizierten Kunststoffs entformt.
Für das Mehrkomponenten-Spritzgießen sind aus dem Stand der Technik verschiedene Verfahrensvarianten bekannt. Beim Mehrkomponten-Spritzgießen mit Umsetztechnik wird nach dem Einspritzen der ersten Komponente, hier des weichmagnetisch modifizierten Kunststoffs, in der ersten Kavität der unfertige Spritzling in die zweite
Kavität, z.B. mit Hilfe einer Handhabungseinrichtung, umgesetzt. Alternativ verbleibt bei dem Verfahren mit Dreh- oder Verschiebetechnik der unfertige Spritzling nach dem Einspritzen der ersten Komponente in einer Werkzeughälfte der ersten Kavität und ein Werkzeugteil, z.B. eine Werkzeughälfte, wird in eine neue Position verschoben oder gedreht.
Die Aufmagnetisierung der Permanentmagnete erfolgt nach dem Spritzgießen, beispielsweise nach dem Entformen des Rotorkörpers mit integrierten
Permanentmagneten in einer dem Fachmann bekannten Weise. Alternativ kann das Aufmagnetisieren auch während des Spritzgießens erfolgen, indem eine Magnetisierungsspule in das Formwerkzeug integriert wird.
Der erfindungsgemäße Rotor eignet sich als Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere einen bürstenlosen Synchronmotor.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors 10 im Querschnitt. An eine Welle 12 sind in Mehrkomponentenspritzgießtechnik ein zylinderförmiger Rotorkörper 14 aus einem weichmagnetisch modifizierten Kunststoff sowie vier in den Rotorkörper 14 integrierte Permanentmagnete 16 aus einem hart- magnetisch modifizierten Kunststoff angeformt. Die vier Permanentmagnete 16 sind im
Wesentlichen rechteckförmig und sind äquidistant in Umfangsrichtung des Rotorkörpers 14 angeordnet.

Claims

Ansprüche
1. Rotor für eine elektrische Maschine, umfassend einen auf einer Welle (12) angeordneten Rotorkörper (14) und wenigstens einen in den Rotorkörper (14) integrierten
Permanentmagneten (16), dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkörper (14) aus einem weichmagnetisch modifizierten Kunststoff und der wenigstens eine Permanentmagnet (16) aus einem hartmagnetisch modifizierten Kunststoff bestehen.
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkörper (14) und der in den Rotorkörper (14) integrierte Permanentmagnet (16) ein Kunststoffspritzgießteil sind.
3. Rotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der weichmagnetisch modifizierte Kunststoff ein Eisen-Silizium-Pulver enthaltender thermoplastischer Kunststoff ist.
4. Rotor nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der hartmagnetisch modifizierte Kunststoff ein thermoplastischer Kunststoff ist, welcher ein Ferrit, AlNiCo, NdFeB oder SmCo enthält.
5. Rotor nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff Polypropylen oder Polyamid ist.
6. Elektrische Maschine, insbesondere bürstenloser Synchronmotor, enthaltend einen Rotor gemäß einem der Ansprüche 1-5.
7. Verfahren zur Herstellung eines Rotors nach einem der Ansprüche 1-5, bei dem der Rotorkörper aus einem weichmagnetisch modifizierten Kunststoff und der wenigstens eine in den Rotorkörper integrierte Permanentmagnet aus einem hartmagnetisch modifizierten Kunststoff durch Spritzgießen geformt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Formen des Rotorkörpers durch Umspritzen einer Welle mit einem weichmagnetisch modifizierten Kunststoff erfolgt.
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