DE4107602A1

DE4107602A1 - Permanentmagnetrotor fuer elektrische maschinen

Info

Publication number: DE4107602A1
Application number: DE4107602A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl Ing Luedtke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1991-03-09
Filing date: 1991-03-09
Publication date: 1992-09-10
Also published as: FR2673776A3; ITMI920194U1; ES1020307U; IT226306Z2; ES1020307Y; FR2673776B3; ITMI920194V0

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Permanentmagnetrotor für elektrische Maschinen, insbesondere für den Einsatz als Naßläufer in Laugenpumpen, Kraftstoffpumpen u. dgl., der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Bei einem bekannten Permanentmagnetrotor dieser Art (P 36 22 231.3) besteht die Befestigungsvorrichtung der kreisbogenförmigen schalenartigen Magnetsegmente aus einer zur Rotorachse koaxialen Hülse aus nichtmagnetischem Werkstoff, die auf beiden Stirnseiten mit jeweils einem auf dem Tragzylinder aufgeschrumpften Abschlußring abgedeckt sind. Beide Abschlußringe werden von der Hülse übergriffen. Der Tragzylinder wird von einem mit der Rotorwelle einstückigen Stahlkern gebildet, der auf seinem Umfang eine der Anzahl der Permanentmagnetsegmente entsprechende Zahl von Nuten aufweist, die an den Stoßstellen der Permanentmagnetsegmente liegen. Diese Nuten sowie die an den Stoßstellen der Permanentmagnetsegmente sich ergebenden und die zwischen den Permanentmagnetsegmenten und Stahlkern einerseits und den Permanentmagnetsegmenten und der Hülse andererseits aufgrund von Fertigungstoleranzen entstehenden Hohlräume und Spalten werden mit Gießharz ausgefüllt.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Permanentmagnetrotor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil der geringen Herstellungskosten infolge einer rationellen Montage, die eine hohe Taktzeit erlaubt. Die Befestigung der Permanentmagnetsegmente ist auch bei extrem hohen Drehzahlen sicher. Außerdem kann der Permanentmagnetrotor problemlos als Naßläufer, z. B. in Kraftstoffpumpen, eingesetzt werden, da ein Quellen des Rotors, wie dies bei einer Kunststoffbefestigung der Magnetsegmente der Fall ist, nicht zu befürchten ist.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Permanentmagnetrotors möglich.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Außendurchmesser der stirnseitigen Ringkappen gleich dem Außendurchmesser der Permanentmagnetsegmente bemessen. Dadurch ragen keine Befestigungselemente über den Magnetaußendurchmesser hinaus, so daß die Realisierung von sehr kleinen Luftspalten im Motor möglich ist.

Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung weist der Tragzylinder an beiden Zylinderenden jeweils eine mit Abstand vom Stirnende angeordnete Ringschulter auf. Die axiale Länge der Permanentmagnetsegmente ist gleich oder geringfügig größer als der Axialabstand der Ringschultern voneinander. Die Ringkappen sind an den Stirnseiten der Permanentmagnetsegmente axial festgespannt, wobei mindestens eine der Ringkappen unter Axialdruck an einer Ringschulter anliegt.

Die axiale Verspannung der Ringkappen wird dabei in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch realisiert, daß der Tragzylinder als Hülse ausgebildet ist, die mit einem in der Wandstärke reduzierten, einstückigen Bund an jedem Ende axial über die Permanentmagnetsegmente vorsteht. Die zentrale Ringöffnung der Ringkappen ist geringfügig größer bemessen als der Außendurchmesser der Hülsenbunde, und die axiale Verspannung der Ringkappen wird durch Verstemmen der Bundenden oder durch mindestens teilweise Umbördelung der Ringkappen mit den Bundenden bewirkt.

Zum Ausgleich von Längentoleranzen zwischen den Magnetelementen ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zwischen mindestens einer der Stirnseiten der Magnetsegmente und den sie fest spannenden Ringkappen ein federelastisches Element, vorzugsweise in Form einer elastisch komprimierbaren Kunststoffschicht, angeordnet. Entsprechend den Längenunterschieden zwischen den Magnetsegmenten werden die einzelnen federelastischen Elemente unterschiedlich stark zusammenpreßt, wodurch in allen Fällen eine Festlegung der Magnetsegmente ohne axiale Verschiebebeweglichkeit erfolgt.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird der Ausgleich der Längentoleranzen in den Magnetsegmenten dadurch sichergestellt, daß mindestens eine der Ringkappen in eine der Anzahl der Magnetsegmente entsprechende Anzahl von einzelnen Kappensegmenten unterteilt ist, die identisch ausgebildet sind und jeweils ein Magnetsegment festspannen.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt eine Permanentmagnetrotors,

Fig. 2 einen Schnitt des Permanentmagnetrotors längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 und 4 jeweils einen Längsschnitt eines Permanentmagnetrotors gemäß zweier weiterer Ausführungsbeispiele,

Fig. 5 eine Seitenansicht des Permanentmagnetrotors ohne Rotorwelle in Richtung Pfeil V in Fig. 1 bei fehlender Kunststoffumspritzung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Der in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Permanentmagnetrotor besteht aus einem Tragzylinder 10 und drei unmittelbar auf dem Tragzylinder 10 aufliegenden schalenförmigen Permanentmagnetsegmenten 11, die - wie Fig. 2 zeigt - in Umfangsrichtung aneinanderstoßen. Die Magnetsegmente 11 sind in Radialrichtung magnetisiert. Die Magnetsegmente 11 werden mittels einer Befestigungsvorrichtung 12 am Tragzylinder 10 festgespannt und insbesondere gegen Fliehkräfte gesichert. Die Befestigungsvorrichtung 12 besteht aus zwei identisch ausgebildeten ringförmigen Kappen 13, 14 mit jeweils einer Ringöffnung 15 bzw. 16 und einer zentralen, zu der Ringöffnung 15 bzw. 16 koaxialen Ausnehmung 17 bzw. 18. Der Tragzylinder 10 ist als Hülse 20 ausgebildet, die an beiden Enden jeweils einen in der Wandstärke reduzierten Bund 21 bzw. 22 trägt, wobei sich am Obergang von der Hülse 20 mit der größeren Wandstärke zu den damit einstückigen Bunden 21, 22 mit geringerer Wandstärke jeweils eine Ringschulter 23 bzw. 24 ausbildet. Der axiale Abstand der beiden Ringschultern 23, 24 voneinander ist gleich oder geringfügig kleiner bemessen als die axiale Länge der Magnetsegmente 11.

Jede von der Hülse 20 abgekehrte bogenförmige Oberkante an den Stirnseiten der Magnetsegmente 11 ist mit einer Fase 25 bzw. 26 versehen. Ein mit den Fasen 25 bzw. 26 korrespondierender Übergreifungsrand 27 bzw. 28 ist an jeder Kappe 13, 14 so ausgebildet, daß er im endmontierten Zustand des Rotors die zugeordnete Fase 25 bzw. 26 übergreift. Der Außendurchmesser der Kappen 13 ist dabei gleich dem Außendurchmesser der Magnetsegmente 11 bemessen.

Zur Montage des Permanentmagnetrotors werden die Kappen 13, 14 mit ihren Ringöffnungen 15, 16 auf die beiden Bunde 21, 22 der Hülse 20 aufgeschoben, bis sie mit ihren Übergreifungsrändern 27, 28 die Fasen 25, 26 der Magnetsegmente 11 übergreifen. Dann werden beide in die Ausnehmungen 17, 18 der Kappen 13, 14 hineinragende Bundenden gegen den Grund der Ausnehmungen 17, 18 verstemmt, wodurch sich die Kappen 13, 14 an die Stirnseiten der Magnetsegmente 11 andrücken. Die Übergreifungsränder 27, 28 liegen dabei im Bereich der Fasen 25, 26 radial über den Magnetsegmenten 11 und sichern diese somit gegen die bei Rotation auftretenden Fliehkräfte. Durch das Verstemmen wird auch mindestens ein Bund, hier der Bund 21, an der zugeordneten Ringschulter, hier die Ringschulter 23, festgelegt, so daß die Magnetsegmente 11 auch gegen axiale Verschiebung gesichert sind.

Anstelle des Verstemmens können bei entsprechender Ausbildung der Bunde 21, 22 diese auch an den Kappen 13, 14 umbördelt werden, so daß der von dem Bundende gebildete Umbördelungsrand den Grund der Ausnehmung 17 bzw. 18 übergreift und die Kappen 13, 14 in gleicher Weise an den Magnetsegmenten 11 und an der Ringschulter 23 festspannt sind.

Die Hülse 20 wird auf eine hier nicht gezeigten Rotorwelle aufgeschoben und gegen Drehung auf der Welle gesichert.

Die von den Kappen 13, 14 festgespannten Magnetsegmente 11 weisen in der Regel Toleranzen in ihren axialen Längen auf. Um hier die Toleranzgrenze nicht eng bemessen zu müssen, ist bei dem Permanentmagnetrotor in Fig. 3 zwischen den Stirnseiten der Magnetsegmente 11 und den Ringflächen der Kappen 13, 14 jeweils eine elastisch komprimierbare Kunststoffschicht 29, 30 angeordnet, die vorzugsweise auf die Kappenringflächen 11 (evtl. auch auf die Magnetsegmente) aufgespritzt wird. Entsprechend der Längenunterschiede werden die Kunststoffschichten 29, 30 beim Verstemmen der Bundenden 21, 22 der Hülse 20 mehr oder weniger zusammengedrückt, wodurch die Magnetsegmente 11 in Achsrichtung spiellos zwischen den Kappen 13, 14 gehalten werden. Grundsätzlich würde es genügen, nur an einer Stirnseite der Magnetsegmente 11 eine solche Kunststoffschicht 29 bzw. 30 aufzubringen. Durch das Vorsehen beider Schichten kann jede Schicht dünner ausgeführt werden, wodurch die Fasen 25, 26 der Magnetsegmente 11 noch ausreichend weit von den Übergreifungsrändern 27, 28 der Kappen 13, 14 übergriffen werden.

Bei dem in Fig. 4 und 5 dargestellten Permanentmagnetrotor wird der Ausgleich der axialen Längentoleranzen unter den Magnetsegmenten 11 dadurch herbeigeführt, daß die Kappe 14 in drei identische, separate Kappensegmente 141, 142, 143 (Fig. 5) unterteilt ist. Jedes Kappensegment 141, 142, 143 ist einem Magnetsegment 11 zugeordnet und spannt zusammen mit der Kappe 13 das Magnetsegment 11 fest. Die Kappensegmente 141-143 werden einerseits durch die verstemmten Bundenden 21, 22 der Hülse 20 und andererseits durch eine Kunststoffumspritzung 31 des Permanentmagnetrotors, durch welche auch die Hülse 20 mit einer Rotorwelle 32 drehfest verbunden wird, gehalten. Die Kunststoffumspritzung 31 füllt die koaxialen Ausnehmungen 17, 18 in den Kappen 13, 14 und auch die zwischen den Kappensegmenten 141-143 verbleibenden Radialspalte 33 aus.

Claims

1. Permanentmagnetrotor für elektrische Maschinen, insbesondere für den Einsatz als Naßläufer in Laugenpumpen, Kraftstoffpumpen u. dgl., mit einem Tragzylinder und mehreren auf dem Tragzylinder aufliegenden schalenförmigen Permanentmagnetsegmenten, die in Umfangsrichtung aneinanderstoßen und mittels einer Befestigungsvorrichtung drehfest am Tragzylinder gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede vom Tragzylinder (10) abgekehrte bogenförmige Oberkante an den Stirnseiten der Magnetsegmente (11) mit einer Fase (25, 26) versehen ist, daß die Befestigungsvorrichtung (12) zwei ringförmige Kappen (13, 14) aufweist, die auf die Stirnseiten der Magnetsegmente (11) aufgeschoben sind und mit jeweils einem an die Fasen (25, 26) angepaßten Übergreifungsrand (27, 28) die Fasen (25, 26) übergreifen, und daß die Ringkappen (13, 14) am Tragzylinder (10) axial und radial unverschieblich festgelegt sind.

2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der stirnseitigen Ringkappen (13, 14) gleich dem Außendurchmesser der Magnetsegmente (11) bemessen ist.

3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragzylinder (10) an beiden Zylinderenden jeweils eine mit Abstand vom Stirnende angeordnete Ringschulter (23, 24) aufweist, daß der Axialabstand der Ringschultern (23, 24) voneinander gleich oder geringfügig kleiner bemessen ist als die axiale Länge der Magnetsegmente (11) und daß die Ringkappen (13, 14) axial an den Stirnseiten der Magnetsegmente (11) festgespannt sind, wobei mindestens eine Ringkappe (13) unter Axialdruck an einer Ringschulter (23) anliegt.

4. Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragzylinder (10) als Hülse (20) ausgebildet ist, die an jedem Ende mit einem in der Wandstärke reduzierten einstückigen Bund (21, 22) axial über die Magnetsegmente (11) vorsteht, wobei die Ringschulter (23, 24) vom Übergang der Hülse (20) zum jeweiligen Bund (21, 22) gebildet sind, daß die zentralen Ringöffnungen (15, 16) der Ringkappen (13, 14) geringfügig größer bemessen sind als der Außendurchmesser der Hülsenbunde (21, 22) und daß die axiale Verspannung der Ringkappen (13, 14) an den Magnetsegmenten (11) durch Verstemmen der Bundenden an den Ringkappen (13, 14) oder durch mindestens teilweise Umbördelung der Ringkappen (13, 14) mit den Bundenden bewirkt ist.

5. Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ringkappe (13, 14) eine an die Ringöffnung (15, 16) angrenzende, zu dieser koaxiale Ausnehmung (17, 18) aufweist, daß die axiale Länge der Hülsenbunde (21, 22) so bemessen ist, daß diese in die Ausnehmungen (17, 18) hineinragen, und daß der von den Bundenden gebildete Verstemmungs- oder Umbördelungsrand den Grund jeder Ausnehmung (17, 18) übergreift.

6. Rotor nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich von Längentoleranzen unter den Magnetsegmenten (11) zwischen mindestens einer der Stirnseiten der Magnetsegmente (11) und der Ringfläche der dieser gegenüberliegenden Ringkappe (13, 14) ein federelastisches Element (29, 30) angeordnet ist.

7. Rotort nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das federelastische Element von einer elastisch komprimierbaren Kunststoffschicht (29, 30) gebildet ist.

8. Rotor nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich von Längentoleranzen unter den Magnetsegmenten (11) mindestens eine Ringkappe (14) in eine der Anzahl der Magnetsegmente (11) entsprechende Zahl von Kappensegmeten (141, 142, 143) unterteilt ist.