DE3440193A1

DE3440193A1 - Laeufer mit permanent-magneten

Info

Publication number: DE3440193A1
Application number: DE19843440193
Authority: DE
Inventors: Leon G. Dublin Va. Reiss; Burley C. Radford Va. Semones
Original assignee: Kollmorgen Technologies Corp
Current assignee: Kollmorgen Corp
Priority date: 1983-11-03
Filing date: 1984-11-01
Publication date: 1985-05-23
Also published as: JPS60113633A; GB2149976A; US4504755A; GB2149976B; DE3440193C2; GB8427566D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Läufer mit Permanentmagneten hoher Energie für bürstenlose Motoren, und insbesondere die mit solchen Läufern erzielbare Steuerung des Hackmomentes und der durch dieses bedingten Welligkeit. Der Läufer entsprechend der Erfindung gestattet es, für den Motor einen einfacher gewickelten Stator zu verwenden.

Im US Patent 3 979 821 wird ein Läufer mit Permanentmagneten beschrieben, die zunächst eingebaut, dann erst bearbeitet und schließlich magnetisiert werden. Hierzu wird ein Stapel von Laminaten aufgebaut und in die darin vorgesehenen Schlitze Stücke von Seltene Erden Magnetmaterial im jungfräulichen Zustand eingesetzt und mit Aluminium vergossen. Danach wird der Läufer fertig bearbeitet und das magnetische Material aus Seltenen Erden magnetisiert.

Die im US Patent 3 979 821 beschriebenen bürstenlosen Motoren enthalten üblicherweise hochmagnetische Seltene Erden Magnete, weshalb sie für ein unzulässiges Hackmoment ganz besonders anfällig sind. Die Welligkeit des Drehmomentes ist insbesondere eine Folge der magnetischen Anziehungskraft zwischen Statorzähnen auf den Rändern von stark magnetischen Teilbereichen auf der Läuferoberfläche und erzeugt Schwankungen im Motorlauf. Solche Motoren sind damit für Präzisionszwecke unbrauchbar.

Ein bekanntes Verfahren zum Ausschalten des Hackmomentes besteht darin, den Stator mit einer Nutenteilung zu versehen. Bei Statoren mit gerader Nutenzahl ist der Schrägungsfaktor 1, bei Statoren mit ungerader Nutenzahl 1/2. In vielen Fällen ist es jedoch schwierig, ja sogar unmöglich, die Wicklungen in den geschrägten Nuten unterzubringen.

Eine weitere Möglichkeit zur Lösung des Problems des Hackmomentes ist in "Brushless Servomotors Use Notched Magnet to Stop Cogging", Electronic Design, 11.11.1982, beschrieben. Dort wird vorgeschlagen, in den Magneten selbst "V-förmige Nuten anzubringen. Dieses Verfahren stellt für einige Magnetmaterialien eine praktische Lösung dar; in der Praxis ist es jedoch äußerst schwierig und unwirtschaftlich, derartige

Nuten in Seltene Erden Magneten anzubringen, da diese bei der Bearbeitung sehr leicht zerbrechen. Es besteht deshalb ein Bedarf an einer Anordnung, bei der das Hackmoment reduziert oder vollkommen vermieden wird, und eine komplizierte Bearbeitung des Magnetmaterials entfällt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Motor mit einem mit Permanentmagneten versehenen Läufer und einem gewickelten Stator herzustellen, bei dem die Drehmoment-Welligkeit weitgehend reduziert ist.

Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung besteht darin, eine Reduzierung des Hackmoments ohne Schrägung der Nutenteilung im Stator und ohne Einkerbung der Magnete zu erzielen. Diese Aufgaben werden durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Läufer mit Seltene Erden Permanentmagneten entsprechend der Erfindung wird wie folgt hergestellt:

a) Es wird ein Paket aus kreisförmigen Blechlamellen zusammengesetzt, die mit einem ersten und einem zweiten Satz axialer Öffnungen versehen sind.

b) in den ersten Satz axialer öffnungen werden Stücke aus permanentmagnetischem Material in jungfräulichem Zustand eingesetzt;

c) das Blechlamellen-Paket wird mit einem nicht eisenhaltigen Material vergossen, das auch den zweiten Satz der axialen Öffnungen ausfüllt;

d) das so hergestellte Laminat wird an seinem äußeren Rand mit einer Anzahl von in Bezug auf seine Achse geschrägten Nuten versehen;

e) die Stücke aus permanentmagnetischem Material werden magnetisiert.

Fig. 1 stellt ein annähernd kreisförmiges Läuferlaminat mit einem ersten und einem zweiten Satz axialer öffnungen dar. Fig. 2 stellt die Endansicht eines fertigen Läufers dar, bei dem ein Teil weggelassen ist.

Fig. 3 ist eine Seitenansicht eines fertigen Läufers. Das in Fig. 1 dargestellte Läuferlaminat 10 besteht vorzugsweise aus Elektro-Qualitätsstahl und hat eine Stärke von 0,5 mm. Das Laminat 10 ist in regelmäßigen Abständen mit einem ersten Satz axialer öffnungen 11 versehen, in die Stücke aus Seltene Erden Magnetmaterial eingesetzt werden. Das Laminat 10 weist weiterhin

einen zweiten Satz axialer öffnungen 12 auf, in die das nicht eisenhaltige Vergußmaterial, vorzugsweise geschmolzenes Aluminium, gegossen wird. Die öffnungen 11 weisen flanschartige Ansätze 13 auf, die die Magnetstücke in den Öffnungen halten.

Bei der Herstellung des Läufers nach der Erfindung wird das Läuferblechpaket in der gewünschten Größe, beispielsweise 100 mm, in einer Form zusammengesetzt. Dann werden die Magnetstücke in die öffnungen 11 eingesetzt und bilden eine Säule, deren Höhe dem Läuferblechpaket entspricht. Die Seltene Erden Magnetstücke haben üblicherweise Abmessungen von 12,7 χ 20,3 χ 33 mm, so daß in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform drei Stücke erforderlich sind, um eine öffnung 11 zu füllen. Das erfindungsgemäß verwendete Magnetmaterial, beispielsweise eine Legierung von Kobalt und Seltenen Erden, muß im jungfräulichen oder 'pseudo-jungfräulichen¹ Zustand sein; auf keinen Fall darf es ein auch noch so schwaches Magnetfeld aufweisen.

In Fig. 2, in der der Übersichtlichkeit halber einige Teile des Läufers weggelassen sind, ist die Läuferwelle 14 dargestellt. Nachdem das Läuferblechpaket mit den Stücken aus magnetisierbaren Material versehen wurde, wird die Läuferwelle 14 zentral eingeführt, wobei die Längsachse der Welle der Längsachse des Läuferblechpaketes entspricht. Die Welle 14 kann aus eisenhaltigem Material, wie beispielsweise Stahl, bestehen.
Die Anordnung aus Läuferblechpaket 10, den Stücken aus magnetisierbarem Seltene Erden Magnetmaterial im jungfräulichen Zustand 15 und der Läuferwelle 14 wird nun mit dem nichtmagnetischen Material 16, vorzugsweise geschmolzenes Aluini-

nium, vergossen. Das geschmolzene Aluminium 16 fließt in das Zentrum der Anordnung, in den Zwischenraum zwischen Welle 14 und Läuferblechpaket 10 und füllt die axialen Öffnungen 12 aus. Dadurch erhält zum einen die Läuferan-5 Ordnung ihre Stabilität, und zum anderen wird die Welle ein integraler Bestandteil der Läuferanordnung. Gleichzeitig werden auch die Stücke aus magnetisierbarem Seltene

Erden-Material 15 in den Öffnungen 11 fixiert. Durch das Vergießen mit der Schmelze wird außerdem ein eventueller Restmagnetismus des Seltene Erden Magnetmaterials 15 beseitigt.

Nach dem Herstellen des Läufers wird eine Vielzahl von Reluktanz-Nuten 17 in dessen äußerem Umfang angebracht, und zwar direkt über den Stücken aus magnetisierbarem Material 15.

Fig. 3 stellt die Seitenansicht des fertiges Läufers mit den in das Läuferblechpaket 10 eingeschnittenen Reluktanz-Nuten 17 dar. Die Reluktanz-Nuten 17 sind beispielsweise 9,4 mm breit und gegen die Achse des zylindrischen Läuferblechpaketes 10 geneigt. Die Achse des zylindrischen Läuferpaketes 10 entspricht der Mittellinie 18 der Welle 14. Vorzugsweise werden die Reliktanz-Nuten 17 unter einem relativ kleinen Winkel, der zwischen 1° und 6° liegt, gegen die Achse des zylindrischen Läuferblechpaketes geneigt. Der vergossene Läufer mit den Reluktanz-Nuten 17 und den Stücken aus Seltene Erden Magnetmaterial 15 in jungfräulichem Zustand kann nun magnetisiert werden.

Der erfindungsgemäß hergestellte Läufer wird in Motoren verwendet, deren Stator nicht mit abgeschrägten Schlitzen versehen ist. Der Winkel der im Bezug auf die Läuferachse

schräg angebrachten Nuten wird so gewählt, daß er annähernd dem halben Nutenabstand bei Statoren mit ungerader Nutenzahl entspricht, und annähernd gleich dem Nutenabstand bei Statoren mit gerader Nutenzahl ist. 35

Claims

PATENTANWÄLTE

170 ■ 1000 BERLlM 15 34 4019

Berlin, 1. November 1984

LÄUFER MIT PERMANENT-MAGNETEN

Patentansprüche:

(1·y Läufer für einen bürstenlosen elektrischen Motor mit einem Ständer mit im wesentlichen geradlinig verlaufenden Nuten, der aus einem zylindrischen Paket aus im wesentlichen kreisförmigen Blechlamellen aus ferromagnetischem Material mit mindestens einem ersten Satz axialer Öffnungen, die mit Permanentmagneten ausgestattet sind, besteht, dadurch gekennzeichnet,' daß das Läuferpaket (10) auf seiner Außenfläche mit einer Anzahl von Reluktanz-Nuten (17) versehen ist, die in Bezug auf die Achse (14) des Läuferpakets und die Nuten im Ständer schräg verlaufend angeordnet sind, und so im Zusammenwirken mit den axialen Öffnungen (11) und den darin angebrachten Permanentmagneten (15) einen nichtaxialen Magnetfluß auf der Läuferoberfläche bewirken; und daß die Permanentmagnete (15) Seltene Erden enthaltende Magnete mit hohem Energieprodukt sind.
2. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diesereinen zweiten Satz axialer Öffnungen (12) aufweist, und daß diese mit einem nicht-permanent magnetisierbaren Material (16) ausgefüllt sind.
3. Läufer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schräg verlaufenden Nuten (17) unter einem Winkel von 1° bis 6° in Bezug auf die Läuferachse (14) angeordnet sind, wobei der Winkel so gewählt ist, daß er annähernd gleich dem halben Abstand der Ständernuten von-

einander bei Ständern mit ungerader Nutenzahl, und annähernd gleich dem ganzen Nutenabstand bei Ständern mit gerader Nutenzahl ist.