DE3021396A1

DE3021396A1 - Rotor fuer eine elektrische maschine

Info

Publication number: DE3021396A1
Application number: DE19803021396
Authority: DE
Inventors: Dieter 2000 Hamburg Puls
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1980-06-06
Filing date: 1980-06-06
Publication date: 1981-12-17

Description

Rotor für eine elektrische Maschine
Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotor für eine elektrische Maschine in Form eines zylindrischen, in der Mantelfläche mehrpolig lateral magnetisierten Dauermagnetkörpers auf einer Welle.
Weiter bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Rotors.
Es ist bekannt, Rotoren mit keramischen Dauermagnetkörpern derart mit einer Stahlwelle zu verbinden, daß die Welle nach Sintern des Dauermagnetkörpers mit diesem verklebt oder auch durch thermoplastisches Material fest verbunden wird.
Dieses Verfahren zur Befestigung der Welle in magnetischen Rotorkörpern hat sich in der Praxis bewährt. Es weist jedoch den Nachteil auf, daß zur Justierung der Welle im Werkzeug ein gewisser Vorrichtungsaufwand erforderlich ist, der einen Massenartikel verteuert. Außerdem ist die Herstellung der Stahlwelle vom Material und von den erforderlichen Herstellungsschritten her kostenaufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,die Herstellung von Rotoren für elektrische Maschinen zu vereinfachen und damit ihre Herstellungskosten zu senken.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Dauermagnetkörper als Hohlzylinder ausgebildet ist und die Welle aus einem, inden Hohlraum des Dauermagnetkörpers eingeformten Kunststoffkörper besteht.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß Ausgangsmaterial für einen keramischen Dauermagneten mit Bindemittel zu einer verformbaren Masse gemischt wird, daß diese Masse durch einen Preß- und einen Sinterprozeß zu einem Dauermagnetkörper in Form eines Hohlzylinders verformt wird, und daß danach in den Hohlraum des Dauermagnetkörpers die Welle aus Kunststoff eingeformt wird.
Dadurch, daß die Welle durch einen Spritz-, Preß- oder Spritzgießprozeß hergestellt und während dieses Prozesses fest mit dem Dauermagnetkörper verbunden wird, ergibt sich eine ganz erhebliche Verbilligung der Fertigungsschritte für einen Rotor.
Dadurch, daß die Welle im Hohlraum des Dauermagnetkörpers über Fasen verankert ist, und insbesondere dadurch, daß die Fasen, abweichend vom zylinderförmigen Hohlraum des Dauermagnetkörpers einen eckigen Querschnitt mit mindestens drei Ecken aufweisen, wird eine besonders gute, mechanisch stabile Befestigung der Welle mit dem Dauermagnetkörper erreicht.
Dadurch, daß als Kunststoff für die Welle ein durch Fasern verstärktes thermoplastisches Material und insbesondere ein durch Glasfasern verstärktes Polyäthylenterephtalat oder Polyamid eingesetzt wird, werden für die Welle besonders gute mechanische Eigenschaften, insbesondere was die Zugfestigkeit und Scherfestigkeit betrifft, erreicht.
Dadurch, daß der Hohlzylinder so geformt wird, daß sein Hohlraum einen größeren Durchmesser hat als die Welle, kann eine Einsparung an magnetischem Material für den Rotorkörper erreicht werden und die Rotoren werden dadurch auch leichter an Gewicht.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß auf eine gesondert hergestellte Stahlwelle mit allen für sie erforderlichen Herstellungsschritten verzichtet werden kann. Dies führt neben den bereits genannten Vorteilen, nicht nur zur Einsparung von Fertigungsschritten, sondern auch zu einer Preisreduzierung in bezug auf die Materialkosten. Der besondere Vorteil, daß Rotoren mit einer Kunststoffwelle leichter an Gewicht werden, ist von Bedeutung für Maschinen, die wegen ihres Anwendungszwecks leicht sein müssen. Hier ist insbesondere an Lichtmaschinen für Fahrräder zu denken.
Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und ihre Wirkungsweise erläutert.
Es zeigen Fig. 1 einen Rotor gemäß der Erfindung im Schnitt, Fig. 2 einen Rotor für eine Fahrrad-Lichtmaschine gemäß der Erfindung im Schnitt, Fig. 3 einen Rotor gemäß der Erfindung in Draufsicht.
In Fig. 1 ist ein Rotor gemäß der Erfindung dargestellt, mit einem Dauermagnetkörper 1 und einer Welle 3. Der Dauermagnetkörper 1 weist einen Hohlraum 5 mit einem größeren Querschnitt als der der Welle 3 auf, wobei eine besonders gute Verankerung von Welle 3 und Dauermagnetkörper 1 erreicht wird über Fasen 7 an den den Stirnseiten des Dauermagnetkörpers 1 benachbarten Bereichen des Hohlraumes 5.
Die Fasen 7 können die Geometrie des Hohlraumes 5 wiederholen, d.h., sie können kreisförmig sein. Eine besonders gute Verdrehfestigkeit wird jedoch erreicht, wenn die Fasen 7 im Gegensatz zur zylinderförmigen Geometrie des Hohlraumes 5 einen eckigen Querschnitt mit mindestens drei, vorzugsweise vier Ecken aufweisen (vgl. Fig. 3).
In Fig. 2 ist eim Ausführungsform eines Rotors gemäß der Erfindung für Lichtmaschinen von Fahrrädern dargestellt mit einem Dauermagnetkörper 1 und einer Welle 3', die in einem Hohlraum 5 des Dauermagnetkörpers 1 verankert ist und nur an einer Seite aus ihm heraustritt. Der Hohlraum 5 im Dauermagnetkörper 1 weist auch bei diesem Ausführungsbeispiel Fasen 7 auf, die eine besonders gute Verankerung der Welle 3' im Dauermagnetkörper 1 bewirken und zur Verdrehsicherung der Welle beitragen.
Der Dauermagnetkörper 1 des Rotors kann auf folgende Weise hergestellt werden: Als Ausgangsmaterialien werden Eisenoxid Je203 und Bariumkarbonat BaC03 in einem solchen Gewichtsverhältnis gemischt, daß sich nach einem Brand im Temperaturbereich von 1200 bis 13000C stöchiometrisches Bariumhexaferrit ergibt. Die Ausgangsmaterialien BaC03 und Fe203 werden mit einem Anteil von 0,2 - 0,1 Ges.% an Binde- und Gleitmittel, z.B.
Zellulose und Glykose, gemischt und anschließend granuliert.
Dieses Granulat wird zu Formkörpern entsprechend der gewünschten Geometrie verpreßt und bei den oben angegebenen Temperaturen gesintert.
Die Sinterkörper werden anschließend in ein für die Herstellung der Welle geeignetes Formwerkzeug eingelegt.
Für die Herstellung der Welle wird ein thermoplastischer Kunststoff, vorzugsweise ein Polyamid oder Polyäthylenterephtalat, der mit einem Glasfaseranteil von 45 Gew.% versetzt und im Handel als Fertigprodukt erhältlich ist, in eine Spritzvorrichtung eingebracht, die eine Matrize zur Aufnahme des keramischen Dauermagnetkörpers mit dem Werkzeug zur Herstellung der Welle enthält. Der Spritzprozeß zur Formgebung der Welle wird nach den Temperatur- und Druckangaben des Kunststoffherstellers ausgeführt.
Zwischen dem leicht rauhen Gefüge der Oberfläche des Dauermagnetkörpers 1 aus em keramischen Dauermagnetmaterial und der thermoplastischen Kunststoffmasse für die Welle 3, 3' bildet sich ein sehr guter mechanischer Kontakt aus, so daß die auf diese Weise hergestellten Rotoren mechanisch außerordentlich stabil sind.
Bei der Verwendung von Polyäthylenterephtalat mit 45 Gew.% Glasfaseranteil als Material für die Welle 3, 3' haben sich folgende Abmessungsverhältnisse für einen Rotor für eine Fahrradlichtmaschine als günstig erwiesen:

Dauermagnetkörper Welle

Höhe Außendurch- Wand- freie #

[mm] [mm] [mm] [mm] [mm]

21 26 8 52 5

In dem Ausführungsbeispiel wurde ein Rotor mit einem keramischen Dauermagnetkörper beschrieben.
Es ist jedoch gleichfalls möglich, den Dauermagnetkörper auf Basis von kunststoffgebundenem keramischen Dauermagnetmaterial herzustellen.
Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE: Rotor für eine elektrische Maschine in Form eines indrischen, in der Mantelfläche mehrpolig lateral magnetisierten Dauermagnetkörpers auf einer Welle, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnetkörper (1) als Hohlzylinder ausgebildet ist und die Welle (3, 3') aus einem, in den Hohlraum (5) des Dauermagnetkörpers eingeformten Kunststoffkörper besteht.
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (3, 3') über an den Stirnflächen des Dauermagnetkörpers (1) angebrachte Fasen (7) verankert ist.
3. Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasen (7), abweichend von der Zylinderform des Dauermagnetkörpers (1), einen eckigen Querschnitt mit mindestens drei Ecken aufweisen.
4. Rotor nach Anspruch 1, dadurch getennzeichnet, daß der Hohlraum (5) einen größeren Durchmesser als die Welle (3, 3') hat.
5. Verfahren zur Herstellung eines Rotors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ausgangsmaterial für einen keramischen Dauermagneten mit Bindemittel zu einer verformbaren Masse gemischt wird, daß diese Masse durch einen Preß- und einen Sinterprozeß Zu einem Dauermagnetkörper in Form eines Hohlzylinders verformt wird, und daß danach in den Hohlraum des Dauermagnetkörpers die Welle aus Kunststoff eingeformt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlzylinder so geformt wird, daß sein Hohlraum einen größeren Durchmesser hat als die Welle.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stirnflächen des Hohlzylinders, dem Hohlraum benachbart, Fasen angebracht werden.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle durch einen Spritz-, Preß- oder Spritzgießprozeß hergestellt und während dieses Prozesses fest mit dem Dauermagnetkörper verbunden wird
9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als keramisches Material stö chi ometri s che s Bariumhexaferrit oder Strontiumhexa@@rrit S8rrntimhesH *rrit eingesetzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoff für die Welle ein durch Fasern verstärktes thermoplastisches Material eingesetzt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als thermoplastisches Material Polyäthylenterephtalate oder Polyamide eingesetzt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung des Kunststoffes Fasern aus Glas eingesetzt werden.