WO2016155734A1 - Magnetgeber - Google Patents

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WO2016155734A1
WO2016155734A1 PCT/DE2016/200156 DE2016200156W WO2016155734A1 WO 2016155734 A1 WO2016155734 A1 WO 2016155734A1 DE 2016200156 W DE2016200156 W DE 2016200156W WO 2016155734 A1 WO2016155734 A1 WO 2016155734A1
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magnetic
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Matthias Ahrens
Georg Bernreuther
Olaf Richter
Andreas Wall
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Bühler Motor GmbH
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
    • H02K29/08—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/215—Magnetic effect devices, e.g. Hall-effect or magneto-resistive elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/003—Couplings; Details of shafts
    • H—ELECTRICITY
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    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08—Structural association with bearings

Definitions

  • the invention relates to a magnetic encoder of an electric drive, which is mounted on a Welienende or a shaft-fixed inner ring of a rolling bearing of a shaft is mounted a Wenle.
  • Magnetic sensors are used in particular for detecting the position of a
  • Permanent magnet rotor of an electronically commutated direct current motor (BLDC motor).
  • the detection of the rotor position is a basic requirement for sensor-related commutation of the BLDC motor.
  • Essential for optimum commutation is a non-rotatably mounted magnetic encoder. To ensure a security against rotation, it is known to connect magnetic encoder positively to the shaft. This requires a considerable effort for the production of corresponding contours on the shaft.
  • Kiebeharmen are not suitable for rough
  • sliding joints are to be monitored in industrial production and are not very reliable.
  • a magnetic encoder is in particular a small permanent magnet to understand, which consists of at least two magnetic poles, but depending on
  • Application may also have a higher number of pole pairs. Often that is
  • the object of the invention is to represent a magnetic encoder, in which the simplest possible connection between a magnetic encoder and a Welienende a wave can be produced, with simple manufacturing and assembly methods are used, which are process reliable and for which there is generally a lot of experience. Furthermore, as few components as possible should be required and the magnetic encoder means should be resistant to rough
  • magnets are usually made of non-weldable materials with low temperature resistance.
  • the coating can also perform the function of a seal and protect against aggressive media.
  • the solution mentioned further minimizes the number of parts and predominantly uses well-known and well-proven and simple production methods. Further developments of the invention are presented in the subclaims.
  • grooves or inner rings which already consist of a material which can be welded to the coating of the magnetic transmitter. This gives an economical production, also because no additional
  • a sufficient strength of the connection between the magnetic transmitter and shaft or inner ring can already be achieved by the magnetic encoder is fixed by punctiform or linear welds at the end of the wedge or on the inner ring and the molten area substantially the coating of the
  • Magnetic encoder and the shaft or the inner ring or a near-surface region of the shaft or the inner ring comprises.
  • the coating material nickel, copper, chromium or molybdenum or an alloy of at least two of these
  • the alloy components are preferably in
  • a further solution of the invention consists of a method for fastening a magnetic transmitter to a shaft end of a shaft or to an inner ring with the following method steps: provision of a magnetic transmitter, coating of the
  • Magnetic encoder with a weldable material providing a shaft or
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the invention and Fig. 2 shows a second embodiment of the invention.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the invention, with a shaft 1 and a magnetic encoder 2.
  • the magnetic encoder 2 has a cylindrical basic shape and a smaller diameter than the period 1, he is here by a circumferential weld 3 in the peripheral region of the magnetic encoder 2 with an end face 4 of the While 1 firmly connected.
  • the while has a cylindrical basic shape.
  • the weld 3 in particular connects a coating 5 of the magnetic transmitter 2 with the shaft 1.
  • the magnetic encoder 2 has two magnetic poles, which axially
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the invention, with a shaft 1 and a magnetic encoder 2.
  • the magnetic encoder has a cylindrical basic shape and a smaller diameter than the period 1, it is here by several
  • the shaft also has a cylindrical basic shape.
  • Welding points 8 in particular connect a coating 5 of the magnetic transmitter 2 to the shaft 1.
  • the magnetic encoder 2 has two magnetic poles, which are axially magnetized.

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  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Magnetgeber eines elektrischen Antriebs, welcher an einem Wellenende oder einem wellenfesten Innenring eines Wälzlagers einer Welle montiert ist einer Welle montiert ist. Aufgabe der Erfindung ist es ein Magnetgebermittel darzustellen, bei welchem eine möglichst einfache Verbindung zwischen einem Magnetgeber und einem Wellenende einer Welle oder einem Innenring eines Wälzlagers herstellbar ist, wobei einfache Fertigungs- und Montageverfahren verwendbar sind, welche prozesssicher sind und für welche ein großes Erfahrungswissen existiert. Weiter sollen möglichst wenige Bauteile erforderlich sein und das Magnetgebermittel soll resistent gegenüber rauen Umgebungsbedingungen und hohen Temperaturschwankungen sein, sowie eine gute chemische Beständigkeit und Vibrationsfestigkeit aufweisen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6 gelöst.

Description

Titel: Magnetgeber
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Magnetgeber eines elektrischen Antriebs, welcher an einem Welienende oder einem wellenfesten Innenring eines Wälzlagers einer Welle montiert ist einer Wenle montiert ist.
Magnetgeber dienen insbesondere zur Erfassung der Lage eines
Permanentmagnetrotors eines elektronisch kommutierten Gleichstrommotors (BLDC- Motor). Die Erfassung der Rotorlage ist grundlegende Voraussetzung für eine sensorbezogene Kommutierung des BLDC-Motors. Wesentlich für eine optimale Kommutierung ist ein verdrehsicher befestigter Magnetgeber. Zur Sicherstellung einer Verdrehsicherheit ist es bekannt Magnetgeber formschlüssig mit der Welle zu verbinden. Dies erfordert einen nicht unerheblichen Aufwand für die Hersteilung entsprechender Konturen an der Welle.
Zur Befestigung von Magnetgebern an Wellenenden sind diese häufig auch durch Kleben befestigt. Kiebeverbindungen eignen sich jedoch nicht bei rauen
Umgebungsbedingungen und in Umgebungen mit aggressiven Medien, wie bei Ölpumpenmotoren, welche in der Regel ölgefüllt sind. Klebstoffe enthalten häufig giftige, gesundheitsschädliche Stoffe und sie belasten die Umwelt.
Kiebeverbindungen sind darüber hinaus in der industriellen Fertigung schwieng zu überwachen und wenig prozesssicher.
Auch Kombinationen aus Formschiuss- und Kiebeverbindungen sind bekannt, mit entsprechend höherem Herstellungsaufwand.
Unter einem Magnetgeber ist insbesondere ein kleiner Permanentmagnet zu verstehen, welcher aus zumindest zwei Magnetpolen besteht, aber je nach
Anwendung auch eine höhere Polpaarzahl aufweisen kann. Häufig ist der
Magnetgeber zylinderförmig ausgebildet, wobei eine Hälfte den Nordpol und eine zweite Hälfte den Südpol bildet. Magnetisiert ist dieser Magnetgeber vorzugsweise axial, aber auch eine radiale Magnetisierung ist möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Magnetgebermittel darzustellen, bei welchem eine möglichst einfache Verbindung zwischen einem Magnetgeber und einem Welienende einer Welle herstellbar ist, wobei einfache Fertigungs- und Montageverfahren verwendbar sind, welche prozesssicher sind und für welche im allgemeinen ein großes Erfahrungswissen existiert. Weiter sollen möglichst wenige Bauteile erforderlich sein und das Magnetgebermittel soll resistent gegenüber rauen
Umgebungsbedingungen und hohen Temperaturschwankungen sein, sowie eine gute chemische Beständigkeit und Vibrationsfestigkeit aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemä ß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8 gelöst, Magnete bestehen in der Regel aus nicht schweißbaren Werkstoffen mit geringer Temperaturbelastbarkeit. Diese Schwierigkeiten werden erfindungsgemäß dadurch behoben, dass der Magnetgeber mit einer Beschichtung versehen ist, welche aus einem schwei ßbaren Material besteht und der Magnetgeber durch eine Schweißverbindung am Welienende bzw. innenring befestigt ist. Hierdurch liegt eine sehr stabile mechanische Verbindung zwischen dem Magnetgeber und der Weile bzw. Innenring vor, weiche hohe Temperaturschwankungen verkraftet und
Vibrationsfest ist. Die Beschichtung kann zugleich die Funktion einer Abdichtung übernehmen und vor aggressiven Medien schützen. Durch die genannte Lösung wird weiter die Teileanzahl minimiert und es kommen überwiegend bekannte und gut erprobte und einfache Fertigungsverfahren zum Einsatz. Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen dargestellt.
Es ist bevorzugt Weilen bzw. Innenringe zu verwenden, welche bereits aus einem mit der Beschichtung des Magnetgebers verschweißbaren Material bestehen. Dadurch ist eine wirtschaftliche Herstellung gegeben, auch weil keine zusätzlichen
Fertigungsverfahren und Herstellungsschritte erforderlich sind.
Sollte es nicht möglich sein entsprechend verschwel ßbare Wellen bzw. Innenringe zu verwenden und die Welle bzw. der innenring aus einem mit der Beschichtung des Magnetgebers nicht verschweißbaren Material besteht, iässt sich diese mit einem schweißbaren Material zumindest teilweise beschichten. Hiermit ist die Voraussetzung gegeben, wie bei einer schweißbaren Weile bzw. Innenring.
Eine ausreichende Festigkeit der Verbindung zwischen Magnetgeber und Welle bzw. Innenring kann man bereits erreichen indem der Magnetgeber durch punktförmige oder linienförmige Schweißstellen am Weilenende bzw. am innenring befestigt ist und der aufgeschmolzene Bereich im Wesentlichen die Beschichtung des
Magnetgebers und der Welle bzw. dem Innenring oder einen oberflächennahen Bereich der Welle bzw. des Innenrings umfasst.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass das Beschichtungsmaterial Nickel, Kupfer, Chrom oder Molybdän oder eine Legierung aus mindestens zweien dieser
Werkstoffe ist. Dabei sind die Legierungsbestandteile vorzugsweise in
unterschiedlicher Konzentration im Legierungsmaterial enthalten.
Eine weitere Lösung der Erfindung besteht in einem Verfahren zur Befestigung eines Magnetgebers an ein Weilenende einer Welle bzw. an einem Innenring mit folgenden Verfahrensschritten: Bereitstellen eines Magnetgebers, Beschichten des
Magnetgebers mit einem schweißbaren Material, Bereitstellen einer Welle bzw.
innenring aus einem schwei ßbaren Material, Aufschmelzen und Verschweißen der Beschichtung und eines oberflächennahen Bereichs des Weilendendes bzw.
innenrings durch einen Laser- oder Elektronenstrahl. Hierdurch werden die oben bereits erwähnten Vorteile erzielt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung und Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung, mit einer Welle 1 und einem Magnetgeber 2. Der Magnetgeber 2 weist eine zylindrische Grundform und einen geringeren Durchmesser als die Weile 1 auf, er ist hier durch eine umlaufende Schweißnaht 3 im Umfangsbereich des Magnetgebers 2 mit einer Stirnfläche 4 der Weile 1 fest verbunden. Auch die Weile weist eine zylindrische Grundform auf. Die Schweißnaht 3 verbindet insbesondere eine Beschichtung 5 des Magnetgebers 2 mit der Welle 1 . Der Magnetgeber 2 weist zwei Magnetpole auf, welche axial
magnetisiert sind.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, mit einer Welle 1 und einem Magnetgeber 2. Der Magnetgeber weist eine zylindrische Grundform und einen geringeren Durchmesser als die Weile 1 auf, er ist hier durch mehrere
Schweißpunkte 6 im Umfangsbereich des Magnetgebers 2 mit einer Stirnfläche 4 der Welle 1 verbunden. Auch die Welle weist eine zylindrische Grundform auf. Die
Schweißpunkte 8 verbinden insbesondere eine Beschichtung 5 des Magnetgebers 2 mit der Welle 1 . Der Magnetgeber 2 weist zwei Magnetpole auf, welche axial magnetisiert sind.
Bezugszeichenliste 1 Welle
2 Magnetgeber
3 Schweißnaht
4 Stirnfläche
5 Beschichtung
6 Schwei ßpunkt

Claims

Patentansprüche
1 . Magnetgeber (2) eines elektrischen Antriebs, weicher an einem Wellenende einer Weile (1 ) oder einem wellenfesten Innenring eines Wälzlagers montiert ist, wobei der Magnetgeber (2) mit einer Beschickung (5) versehen ist, welche aus einem schweißbaren Material besteht und der Magnetgeber (2) durch eine Schweißverbindung am Wellenende bzw. am innenring befestigt ist.
2. Magnetgeber (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass die Welle (1 ) bzw. der innenring aus einem mit der Beschichtung (5) des Magnetgebers (2) verschwel ßbaren Material besteht.
3. Magnetgeber (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Welle
(1 ) bzw. der Innenring aus einem mit der Beschichtung (5) des Magnetgebers
(2) nicht verschwei ßbaren Material besteht und mit einem schweißbaren Material zumindest teilweise beschichtet ist.
4. Magnetgeber (2) nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet dass der Magnetgeber (2) durch punktförmige (6) oder linienförmige/nahtförmige (3) Schwei ßstellen am Weilenende bzw. am Innenring befestigt ist und der aufgeschmolzene Bereich im Wesentlichen die Beschichtung (5) des
Magnetgebers (2) und der Welle (1 ) bzw. des Innenrings oder eines oberflächennahen Bereich (4) der Welle (1 ) bzw. des Innenrings umfasst.
5. Magnetgeber (2) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial Nickel, Kupfer, Chrom oder Molybdän oder eine Legierung aus mindestens zweien dieser Werkstoffe ist.
6. Verfahren zur Befestigung eines Magnetgebers (2) an ein Weilenende einer Welle (1 ), gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritt: a) Bereitstellen eines Magnetgebers (2),
b) Beschichten des Magnetgebers (2) mit einem schweißbaren Material, c) Bereitstellen einer Weile (1 ) oder eines Wälzlagers aus einem
schwei ßbaren Material oder einer schweißbaren Oberflächenschicht, d) Aufschmelzen und Verschwei ßen der Beschichtung (5) und eines
oberflächennahen Bereichs des Weilendendes bzw. des Innenrings des Wälzlagers durch einen Laser- oder Elektronenstrahl,
7, Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität des Laser- oder Elektronenstrahls unter Berücksichtigung der Geometrie und der Wärmeleitungseigenschaften geringer ist als für eine Strukturveränderung des Magnetmaterials erforderliche Strahlungsintensität.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieeintrag über Laser- oder Elektronenstrahl zum größeren Teil in die Beschichtungsmaterialien erfolgt.
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