DE2827068C2

DE2827068C2 - Permanentmagnetrotor

Info

Publication number: DE2827068C2
Application number: DE2827068A
Authority: DE
Inventors: Aritsune Nagoya Katou
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1977-06-24
Filing date: 1978-06-20
Publication date: 1987-01-15
Also published as: DE2827068A1; JPS549812U; US4219752A; JPS589500Y2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Permanentmagnetrotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einem aus der US-PS 29 71 107 bekannten Permanentmagnetrotor dieser Art werden vier Ferrit-Permanentmagnete zu zwei Paaren aneinander angesetzt und dadurch am Innenumfang eines ringförmigen Mantels festgelegt, daß zwischen die beiden Paare als Halteelemente Federelemente eingesetzt werden, die mit ihren Randteilen die Magnete in ihrer Lage festhalten. Bei einem aus der US-PS 25 13 227 bekannten gleichartigen Permanentmagnetrotor werden zwei Permanentmagnete in einem zylinderförmigen Mantel mit Hilfe von zwischen die Magnete gesetzten, als federnde Keile bezeichneten Federelementen festgelegt. Bei diesen beiden bekannten Permanentmagnetrotoren müssen für den Zusammenbau die Magnete zunächst mittels einer Hilfsvorrichtung in ihrer Lage in dem Mantel festgehalten werden, wonach dann die Federelemente eingesetzt werden. Die Federelemente müssen nicht nur hinsichtlich der Form, sondern auch hinsichtlich der Federeigenschaften gleich sein, da sonst der fertiggestellte Rotor von vorneherein nicht ausgewuchtet ist. Eine derartige Unwucht kann auch entstehen, wenn sich die Federeigenschaften durch Alterung, ungleichmäßige Belastung oder dergleichen ändern. Da bei dem Zusammenbau die Federelemente unter Federkraft direkt an die Magnete angesetzt werden, können dabei leicht die Magnete und die Federelemente beschädigt werden, was insbesondere für den vollautomatischen Zusammenbau gilt.
In der CH-PS 1 81 348 ist ein Schwungrad-Magnetsystem beschrieben, bei dem an dem Innenumfang eines Gehäuses Magnetstäbe dadurch angebracht werden, daß zwischen die Magnetstäbe keilförmige Halteteile eingesetzt werden, die durch Schrauben an das Gehäuse angezogen werden. Die Halteteile sind zugleich Polschuhe des Magnetsystems. Für den Zusammenbau ist eine Hilfsvorrichtung erforderlich, die bis zum Einsetzen der Schrauben die Magnetstäbe und die Polschuhe in ihren richtigen Lagen hält. Die Befestigung mit den Schrauben ist kompliziert, da dabei die Polschuhe völlig gleichmäßig gegen das Gehäuse gezogen werden müssen, damit keine Exzentrizität entsteht. Die aneinanderliegenden Flächen der Polschuhe und der Magnetstäbe müssen sehr fein bearbeitet sein, um die bei dem Anschrauben entstehenden Reibungskräfte möglichst gering zu halten und andererseits auch zu verhindern, daß im Betrieb aneinanderstoßende Erhebungen abgetragen werden und dadurch die Polschuhe und die Magnetstäbe locker werden. Insbesondere müssen die Stoßflächen auch hinsichtlich der Winkelstellung sehr genau miteinander übereinstimmen, da sich sonst beim Zusammenbau eine hohe Randbelastung und damit eine ungleichmäßige Spannungsverteilung ergibt. Bei Ferrit-Permanentmagneten ist eine derartige Flächenbearbeitung äußerst schwierig, aber gerade bei diesen unerläßlich, da die ungleichmäßige Spannungsverteilung zu einer Zerstörung schon während des Zusammenbaus führen würde.
Bei einem in der FR-PS 11 35 054 beschriebenen Rotor werden gleichfalls Permanentmagnete und Polschuhe mit Hilfe von Schrauben befestigt, so daß auch bei diesem Rotor Hilfsvorrichtungen für den Zusammenbau erforderlich sind und alle Stoßflächen sehr genau bearbeitet sein müssen, um ungleichmäßige Spannungen und ein späteres Lockern jeweiliger Teile zu verhindern.
In der DE-AS 11 26 016 ist ein Dauermagnet-Schwungrad beschrieben, bei dem jeweils ein Magnet mit dem zugehörigen Polschuh mit einer Kunststoffmasse umpreßt wird, mit der der Magnet zugleich an dem Innenumfang eines Topfes festgelegt wird. Zwischen den Magneten bzw. ihren Kunststoffmänteln werden Lücken freigelassen, die das Magnetisieren der Magnete nach dem Zusammenbau erleichtern und verbessern. Bei diesem Schwungrad müssen die Magnete mit den zugehörigen Polschuhen jeweils an Ort und Stelle in dem entsprechenden Topf umpreßt werden, so daß Hilfsvorrichtungen zum Festhalten der Magnete in ihrer Lage in bezug auf den Topf sowie komplizierte Preßvorrichtungen für das Aufbringen der Kunststoffmasse erforderlich sind, wobei die Magnete nachträglich magnetisiert werden müssen, weil eine vorherige Magnetisierung durch die bei dem Pressen entstehende Wärme verloren gehen könnte. Die Preßvorrichtung muß kompliziert gestaltet sein, da sie in das Innere des Topfes eingeführt und nach dem erfolgten Umpressen wieder herausgezogen werden muß, was jedoch erst nach dem zuverlässigen Härten der Kunststoffmasse erfolgen darf. Die Preßvorrichtung ist daher je Schwungrad für eine bestimmte Zeitdauer eingesetzt, durch die die Geschwindigkeit des Zusammenbaus herabgesetzt wird. Ferner ist eine Vorrichtung für das Magnetisieren nach dem erfolgten Zusammenbau erforderlich.
Aus der DE-AS 10 72 720 ist eine Dauermagnetanordnung für Schwungscheiben bekannt, bei der Magnete aus einem oxydischen Dauermagnetwerkstoff, vorzugsweise Bariumferrit, verwendet werden. Die Magnete werden an dem Innenumfang eines Weicheisenrings dadurch festgelegt, daß sie durch Eingießen oder Einspritzen von thermoplastischem oder duroplastischem Kunststoff in Form eines Rings eingebettet werden. Damit soll einerseits die Bruchgefahr, die für den spröden Magnetwerkstoff bei einem Verschrauben oder Einklemmen entstehen könnte, und andererseits eine Beschädigung der Magnete durch hohe Temperaturen vermieden werden, die beim Eingießen in ein Metall auftreten würden. Für das Eingießen oder Einspritzen des Kunststoffrings müssen die Magnete in dem Weicheisenring mittels einer Hilfsvorrichtung in die richtige Lage gebracht und in dieser festgehalten werden, bis der Kunststoff gehärtet ist. Hinsichtlich der verwendeten Kunststoffe bestehen Einschränkungen insofern, als bei dem Einbetten bzw. Aushärten keine so hohen Temperaturen auftreten dürfen, daß dadurch die Magnetisierung der Magnete beeinträchtigt wird.
Bei einem Permanentmagnetrotor gemäß der FR-Zusatz-PS 72 591 werden an dem Innenumfang eines Mantels Magnete und Polstücke mit einem Haltering in radialer Richtung festgehalten und dann mittels einer Scheibe gegen den Mantel gedrückt, durch die sie in Verbindung mit dem Haltering 2 radial festgelegt werden. Für den Zusammenbau ist eine Hilfsvorrichtung erforderlich, die die Magnete und Polstücke vor dem Andrücken in die richtige Umfangslage bringt und festhält.
In der US-PS 26 80 822 ist ein als Innenläufer ausgebildeter Rotor beschrieben, bei dessen Zusammenbau zunächst Magnete mit zugehörigen Polstücken ringförmig in einem Rahmen angeordnet werden, wobei die Polstücke durch Verbindungsstäbe des Rahmens festgehalten werden. Danach wird mittig ein Kern eingeführt, der mittels einer mit einem verjüngten Ende beginnend eingeführten Welle derart aufgeweitet wird, daß die Magnete nach außen gegen die Polstücke gepreßt werden. Schließlich wird für das endgültige Festlegen der einzelnen Teile in die Zwischenräume ein Füllstoff eingegossen oder gepreßt. Mit diesem Füllstoff werden somit die Polstücke und Magnete in ihrer endgültigen Lage festgelegt.
In der DE-PS 9 39 584 ist ein Innenläufer beschrieben, an dessen Läuferkörper Halteteile aus unmagnetischem Werkstoff dadurch verankert sind, daß deren schwalbenschwanzförmig ausgebildete innere Enden in entsprechend gestalteten Nuten mit Hilfe von Doppelkeilen festgekeilt sind. Von den gleichfalls schwalbenschwanzförmig ausgebildeten äußeren Enden der Halteteile werden Polschuhe gehalten. Dies macht eine äußerst präzise Anpassung und Dimensionierung der Paßflächen zwischen den Halteteilen und den Polschuhen erforderlich, da sonst die Polschuhe sowohl Radial- als auch Tangentialspiel hätten. Unter die Polschuhe sind jeweils Dauermagnete gesetzt, die in tangentialer Richtung durch als Doppelkeile ausgebildete Füllstücke gehalten werden. Zur Festlegung der Dauermagnete in radialer Richtung sind federnde Beilagen vorgesehen. Der Zusammenbau dieses Innenläufers ist kompliziert, da die Halteteile völlig symmetrisch an dem Läuferkörper verankert werden müssen, durch die radiale Versetzung der Halteteile nach außen zwischen diesen und den Polschuhen ein Spiel entsteht und dieses Spiel bei dem Festlegen der Magnete mittels der Füllstücke und/oder der federnden Beilagen beseitigt werden muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Permanentmagnetrotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart zu gestalten, daß auf einfache Weise ohne Positionier- Hilfsvorrichtungen der Zusammenbau unter genauer und beständiger Ausrichtung der Permanentmagnete ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach werden erfindungsgemäß die Permanentmagnete durch Haltezapfen festgelegt, die durch das Einpressen von Treibzapfen in entsprechende Ausnehmungen der Haltezapfen so verformt werden, daß sie flächig gegen die benachbarten Permanentmagnete gedrückt werden. Hierzu werden zunächst Ringe vorgefertigt, an denen die Haltezapfen und die Treibzapfen ausgebildet sind. In den elastisch verformbaren Haltezapfen werden in Längsrichtung zur Aufnahme der Treibzapfen Ausnehmungen ausgebildet, die jeweils über eine Öffnung zum Inneren des Rotors hin offen sind. Für den Zusammenbau wird der Haltezapfenring in den Mantel eingelegt, wonach die Magnete zwischen die Haltezapfen eingeführt werden und von der anderen Stirnseite des Rotors her der Treibzapfenring aufgesetzt wird. Durch das Einführen der Treibzapfen in die Ausnehmungen der Haltezapfen werden diese aufgeweitet, wodurch sie unter reinem Flächenandruck die benachbarten Magnete festlegen. Damit ist der Zusammenbau des Rotors äußerst einfach ohne Positionier-Hilfsvorrichtungen zu bewerkstelligen. Die jeweiligen Stoßflächen der Magnete und der Haltezapfen müssen nicht übermäßig genau bearbeitet werden, da sich durch die elastische Verformbarkeit eine Anpassung von selbst ergibt. Zwischen den Magneten und den Haltezapfen entsteht bei dem Zusammenbau keine Gleitreibung, so daß auch die Oberflächengüte der Stoßflächen unkritisch ist. Die elastische Verformbarkeit der Haltezapfen ergibt auch selbsttätig eine gleichmäßige Spannungsverteilung. Dies hat zur Folge, daß auch Ferritmagnete bei dem Zusammenbau nicht gefährdet sind. Die Festlegung der Magnete ist dabei genau, da sie durch die Haltezapfen bestimmt ist, sowie auch beständig, da die mit den Treibzapfen aufgeweiteten Haltezapfen zusammen mit diesen massive Halteelemente bilden, deren Eigenschaften sich nach dem Zusammenbau nicht mehr ändern.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Permanentmagnetrotors sind in den Unteransprüchen angeführt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Fig. 1 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte Vorderansicht des Permanentmagnetrotors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Fig. 2 ist eine Ansicht eines Längsschnitts längs einer Linie II-II in Fig. 1.
Fig. 3 ist eine Teilvorderansicht eines Haltezapfenrings des Permanentmagnetrotors nach Fig. 1.
Fig. 4 ist eine Ansicht eines Längsschnitts durch einen Treibzapfenring des Permanentmagnetrotors nach Fig. 1.
Fig. 5 ist eine Teilvorderansicht des Treibzapfenrings nach Fig. 4.
Fig. 6 ist eine Teilvorderansicht des Permanentmagnetrotors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 5 ist mit 1 ein weichmagnetischer Mantel bezeichnet, der als becherförmiges Schwungrad mit C-Querschnitt beispielsweise durch Preßziehen einer Eisenplatte hergestellt ist. Mit 2 sind radial magnetisierte bogenförmige Permanentmagnete aus Ferrit mit jeweils einer Stoßfläche 2 a an den Enden und mit einer Bogenhöhe 1 ₃ bezeichnet, die etwas kleiner als die Bogenhöhe 1 ₄ eines Haltezapfenrings 3 ist. Der Haltezapfenring 3 besteht aus unmagnetischem Material wie Aluminium oder Kunstharz. An jeder Seite von mehreren säulenförmigen Haltezapfen 3 e, die in gleichen Abständen angeordnet sind, ist schwalbenschwanzförmig eine Stoßfläche 3 a derart ausgebildet, daß sie gegen die entsprechende Stoßfläche 2 a eines der Permanentmagnete 2 stößt. Zwischen den Haltezapfen 3 e sind mehrere Ringabschnitte 3 b ausgebildet. In jedem Haltezapfen 3 e ist zur Aufnahme eines Treibzapfens 4 a eine im Querschnitt dreieckige Ausnehmung 3 c mit einer Basisbreite 1 ₁ ausgebildet, die etwas kleiner als eine Basisbreite 1 ₂ des an einem Treibzapfenring 4 ausgebildeten Treibzapfens 4 a ist. An einem Teil der Basis ist jede Ausnehmung 3 c über eine Öffnung 3 f zum Innenraum des Rotors hin offen. An jeder Seite eines jeden Haltezapfens 3 e ist ein Vorsprung 3 d ausgebildet, mit dem ein Umfangsspiel der Permanentmagnete 2 selbst dann verhindert wird, wenn Permanentmagnete 2 mit Kleinstmaß eingesetzt werden.
Der Treibzapfenring 4 besteht aus unmagnetischem Material wie Aluminium oder Kunstharz. An dem Treibzapfenring sind einstückig mit diesem in gleichen Abständen mehrere der säulenförmigen Treibzapfen 4 a mit dreieckiger Querschnittsfläche ausgebildet. Nach Fig. 4 ist zum leichteren Einführen in die jeweilige Ausnehmung 3 c jeder Treibzapfen 4 a am vorderen Ende verjüngt. Der weichmagnetische Mantel 1 ist am offenen Ende mit einer Bördellippe 1 a sowie mit einer ringförmigen Nut 1 b versehen, in die gegebenenfalls Klebstoff getropft werden kann.
Nachdem der Haltezapfenring 3 in den Mantel 1 eingesetzt worden ist und die Permanentmagnete 2 auf die Ringabschnitte 3 b des Haltezapfenrings aufgesetzt worden sind, werden die Treibzapfen 4 a des Treibzapfenrings 4 in die Ausnehmungen 3 c des Haltezapfenrings 3 eingeführt. Da die Bogenhöhe 1 ₃ der Permanentmagnete 2 kleiner als die Bogenhöhe 1 ₄ der Ringabschnitte 3 b des Haltezapfenrings 3 ist, können die Permanentmagnete 2 leicht auf die Ringabschnitte 3 b des Haltezapfenrings 3 aufgesetzt werden. Die Basisbreite 1 ₁ der Ausnehmungen 3 c des Haltezapfenrings 3 ist kleiner als die Basisbreite 1 ₂ der Treibzapfen 4 a des Treibzapfenrings 4, so daß dann, wenn die Treibzapfen 4 a in die Ausnehmungen 3 c eingeführt werden, diese im Bereich der Öffnungen 3 f unter Überwindung der Federkraft der Haltezapfen 3 e aufgeweitet werden, wodurch die Stoßflächen 3 a des Haltezapfenrings 3 gegen die Stoßflächen 2 a der Permanentmagnete 2 gedrückt werden und damit die Permanentmagnete 2 gegen den Mantel 1 gedrückt und an diesem befestigt werden. Wenn die Befestigung verstärkt werden soll, kann in die Nut 1 b des Mantels 1 ein Klebstoff getropft werden, der die Lücke zwischen dem Permanentmagneten 2 und dem Mantel 1 füllt und auch zwischen den Haltezapfenring 3 und den Mantel 1 sowie zwischen die Permanentmagnete 2 gelangt, so daß die Permanentmagente 2 verstärkt mit dem Mantel 1 und dem Haltezapfenring 3 verbunden werden. Zuletzt wird die Bördellippe 1 a des Mantels 1 umgebördelt. Damit sind dann der Haltezapfenring 3 und der Treibzapfenring 4 fest mit dem weichmagnetischen Mantel 1 verbunden.
Die Fig. 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Permanentmagnetrotors, bei dem an der Innenoberfläche eines jeden Permanentmagneten 2 ein Polschuh 5 ausgebildet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel müssen der weichmagnetische Mantel 1, der Haltezapfenring 3 und der Treibzapfenring 4 nicht verändert werden, so daß diese Teile unverändert für beide Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die Polschuhe 5 so ausgebildet, daß sie sich der Form der Innenoberfläche der Permanentmagnete 2 anpassen, während die Stoßflächen 3 a des Haltezapfenrings 3 so angepaßt sind, daß sie gegen Stoßflächen 5 a der Polschuhe 5 stoßen.
Wenn für eine Bogenhöhe 1 ₅ der Anordnung der radial hintereinander gesetzten Permanentmagnete 2 und Polschuhe 5 die gleichen Abmessungsbedingungen wie für die Bogenhöhe 1 ₃ bei dem ersten Ausführungsbeispiel gewählt werden, werden die gleichen Wirkungen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt.
Die Beziehung 1 ₄ > 1 ₃ zwischen der Bogenhöhe 1 ₃ der Permanentmagnete und der Bogenhöhe 1 ₄ der Ringabschnitte des Haltezapfenrings gewährleistet ein leichtes Einsetzen der Permanentmagnete in den Haltezapfenring, während die Beziehung 1 ₂ > 1 ₁ zwischen der Basisbreite 1 ₁ der Ausnehmungen in den Haltezapfen und der Basisbreite 1 ₂ der Treibzapfen das Aufweiten der Ausnehmungen durch die eingepreßten Treibzapfen und damit das Anpressen der Permanentmagnete gegen den weichmagnetischen Mantel ermöglicht. Es ist somit ersichtlich, daß bei dem Permanentmagnetrotor das leichte und feste Anbringen der Permanentmagnete und des Haltezapfenrings an dem weichmagnetischen Mantel ohne Verwendung von Schrauben sichergestellt wird und dadurch ein automatisierter Zusammenbau ermöglicht ist.

Claims

1. Permanentmagnetrotor mit einem weichmagnetischen Mantel, an dessen Innenumfang radial magnetisierte bogenförmige Permanentmagnete durch zwischengefügte elastische Halteelemente in Umfangsrichtung und Radialrichtung festgelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente durch Haltezapfen (3 e) und Treibzapfen (4 a) gebildet sind, die jeweils an einem an jeweils einer Rotorstirnseite angeordneten, nichtmagnetischen Ring (3 bzw. 4) ausgebildet sind, wobei die Haltezapfen zu einem formschlüssigen Flächenandruck gegen die benachbarten Permanentmagnete (2) elastisch verformbar sind und zwischen den Andruckflächen jeweils eine in Zapfenlängsrichtung verlaufende, über eine Öffnung (3 f) zum Innenraum des Rotors offene Ausnehmung (3 c) aufweisen, in die zum radialen und tangentialen Aufweiten des Haltezapfens jeweils einer der Treibzapfen eingepreßt ist.

2. Permanentmagnetrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßflächen (2 a, 3 a) der Permanentmagnete (2) und der Haltezapfen (3 e) einander schwalbenschwanzförmig angepaßt sind.

3. Permanentmagnetrotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Stoßflächen (3 a) der Haltezapfen (3 e) einen Vorsprung (3 d) zur Verhinderung einer Bewegung der Permanentmagnete (2) aufweisen.

4. Permanentmagnetrotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (2) auf ihrer Innenoberfläche Polschuhe (5) aufweisen und mit diesen in dem Ring (3) fixiert sind.