DE102007012822A1 - Rotor for electric machine i.e. synchronous motor, has bandage extended in axial direction over permanent magnets, and forming bandage ring in area adjacent to magnets, where inner diameter of ring is smaller than outer diameter of magnets - Google Patents

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Abstract

The rotor has a cylindrical rotor package arrangement (1) and permanent magnets (2) arranged at an outer circumference of the package arrangement. A bandage (3) is wound around the package arrangement by pre-stressing such that the bandage fixes the magnets at the outer circumference of the arrangement. The bandage is extended in an axial direction over the magnets, and forms a bandage ring (4) in an area adjacent to the magnets. An inner diameter of the bandage ring is smaller than an outer diameter of the magnets. The bandage is formed of glass fibers with a thermosetting epoxy resin.

Description

Die Erfindung betrifft Läufervorrichtung für elektrische Maschinen mit einer zylindrischen Läuferpaketeinrichtung (1), mit mehreren Permanentmagneten (2), die am Außenumfang der Läuferpaketeinrichtung (1) angeordnet sind, und mit einer Bandage (3), die mit einer Vorspannung um die Läuferpakteinrichtung (1) derart gewickelt ist, dass sie die Permanentmagnete (2) am Außenumfang der Läuferpaketeinrichtung (1) fixiert. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Läufervorrichtung.The invention relates to rotor apparatus for electrical machines with a cylindrical rotor package device ( 1 ), with several permanent magnets ( 2 ), which on the outer circumference of the rotor package device ( 1 ) and with a bandage ( 3 ), with a bias around the rotor pacer ( 1 ) is wound in such a way that it supports the permanent magnets ( 2 ) on the outer circumference of the rotor package device ( 1 ) fixed. Moreover, the present invention relates to a method for producing such a slider device.

Stand der TechnikState of the art

Läufer von Synchronmotoren, bei denen Permanentmagnete am Außenumfang des Läuferpaketes angeordnet sind, benötigen zur radialen Fixierung der Permanentmagnete eine Bandage, die um den Läufer gewickelt ist. Gemäß dem Stand der Technik wird dazu ein Faserverbundmaterial benutzt, das mit einer Vorspannung auf die Magnete aufgewickelt und fixiert werden muss. Eine entsprechende Lösung ist in der Patentschrift DE 10020946 A1 beschrieben. Die Glasfasern werden als Band mit Klebstoff getränkt, auf den Rotor gewickelt und der Klebstoff wird ausgehärtet. Die so gefertigten Bandagen pressen die Magnete mit einer bestimmten Kraft auf das Läuferpaket. Sobald die Drehzahl des Läuferpaketes erhöht wird, erhöht sich durch die Fliehkraft auch der Druck der Magnete auf die Bandage. Es reduziert sich der Druck der Vorpressung zwischen Magneten und dem Läuferpaket. Ab einer bestimmten Grenzdrehzahl wandeln sich die Druckspannungen an der Grenzfläche zwischen Magneten und Läuferpaket in Zugspannungen um. Unter der Wirkung einer Drehzahl oberhalb der Grenzdrehzahl und unter Einfluss der Temperatur des Läufers kann es zum Lösen der Magnete vom Läuferpaket und damit zu höheren Unwuchten bis zur Zerstörung der Läufereinrichtung kommen. Diese Grenzdrehzahl hängt von der Dicke der Bandage und von der verwendeten Vorspannung ab.Runners of synchronous motors, in which permanent magnets are arranged on the outer circumference of the rotor core, require for the radial fixation of the permanent magnets a bandage, which is wound around the rotor. According to the prior art, a fiber composite material is used, which must be wound and fixed with a bias on the magnets. A corresponding solution is in the patent DE 10020946 A1 described. The glass fibers are soaked with adhesive tape, wound onto the rotor and the adhesive is cured. The bandages produced in this way press the magnets onto the rotor core with a certain force. As soon as the speed of the rotor package is increased, the centrifugal force also increases the pressure of the magnets on the drum. It reduces the pressure of the pre-compression between the magnet and the rotor core. From a certain limiting speed, the compressive stresses at the interface between the magnet and the rotor core transform into tensile stresses. Under the effect of a speed above the limit speed and under the influence of the temperature of the rotor may come to release the magnets from the rotor core and thus higher imbalances to the destruction of the rotor device. This limit speed depends on the thickness of the bandage and the bias used.

Die Temperatur des Läufers kann durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Läuferpaket und Bandage einen erheblichen Einfluss haben, was in der Erfindung DE 10224776 A1 durch die Nutzung von andersartigem Faserverbundmaterial als Bandage mit einem an den Läufer angepassten Wärmeausdehnungskoeffizienten berücksichtigt ist.The temperature of the rotor can have a significant influence due to the different expansion coefficients of the rotor core and the bandage, resulting in the invention DE 10224776 A1 is taken into account as a bandage with a coefficient of thermal expansion adapted to the runner through the use of fiber composite material of a different kind.

Das Verkleben der Enden des Bandes für die Bandage muss sehr sorgfältig geschehen und ist oft Ursache für Ausfälle, die durch das Ablösen der Bandenden entstehen. Eine Lösung zur Sicherung der Bandenden durch zusätzliche Endscheiben und Sicherungsringe ist in der Patentschrift DE 10216856 A1 dargestellt.Bonding the ends of the tape to the bandage must be done very carefully and is often the cause of failures caused by the detachment of the tape ends. A solution for securing the band ends by additional end plates and retaining rings is in the patent DE 10216856 A1 shown.

Die Fixierung von Anfang und Ende des Bandes der Bandagenwicklung bestimmen die Zuverlässigkeit des Läufers während des Betriebes. Die Fixierung bestimmt aber auch die erreichbare Vorspannung und damit direkt das Leistungsvermögen der Läufereinrichtung. Die in der Patentschrift DE 10216856 A1 vorgeschlagene Lösung durch aufgeschrumpfte Sicherungsringe erfolgt erst nach der Aufbringung der Bandage als zweiter Schritt. Das Problem der Fixierung der Bandagenwicklung während des Wicklungsprozesses wird durch diese Erfindung nicht gelöst. Die erreichbaren Vorspannungen des vorgeschlagenen Herstellungsverfahrens bleiben relativ gering, da der Anfang nur mittels Klebeband fixiert wird.The fixation of the beginning and end of the band of the bandage winding determine the reliability of the rotor during operation. However, the fixation also determines the achievable preload and thus directly the performance of the rotor device. The in the patent DE 10216856 A1 proposed solution by shrunk on retaining rings takes place only after the application of the bandage as a second step. The problem of fixing the bandage winding during the winding process is not solved by this invention. The achievable biases of the proposed manufacturing process remain relatively low, since the beginning is fixed only by means of adhesive tape.

Aufgabenstellungtask

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Bandanfang und das Bandende einer Bandage für einen Läufer mit außenliegenden Permanentmagneten besser zu fixieren und eine höhere Vorspannung, der direkt auf die Permanentmagnete gewickelten Bandage, zu ermöglichen.Of the The invention defined in claim 1 is based on the object the beginning of the band and the band end of a bandage for a runner with external permanent magnets better to fix and a higher one Preload, the bandage wound directly on the permanent magnets, to enable.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Läufervorrichtung für elektrische Maschinen mit einer zylindrischen Läuferpaketeinrichtung (1), mehreren Permanentmagneten (2), die am Außenumfang der Läuferpaketeinrichtung (1) angeordnet sind, und einer Bandage (3), die mit einer Vorspannung um die Läuferpakteinrichtung (1) derart gewickelt ist, dass sie die Permanentmagnete (2) am Außenumfang der Läuferpaketeinrichtung (1) fixiert, wobei die Bandage (3) in axialer Richtung über die Permanentmagnete (2) hinaus verlängert ist und im Bereich neben den Permanentmagneten (2) einen Bandagenring (4) ausbildet, dessen Innendurchmesser kleiner als der Außendurchmesser der Permanentmagnete (2) ist.According to the invention, this object is achieved by a rotor device for electrical machines with a cylindrical rotor core device ( 1 ), a plurality of permanent magnets ( 2 ), which on the outer circumference of the rotor package device ( 1 ) and a bandage ( 3 ), with a bias around the rotor pacer ( 1 ) is wound in such a way that it supports the permanent magnets ( 2 ) on the outer circumference of the rotor package device ( 1 ), whereby the bandage ( 3 ) in the axial direction via the permanent magnets ( 2 ) and in the area next to the permanent magnets ( 2 ) a bandage ring ( 4 ) whose inner diameter is smaller than the outer diameter of the permanent magnets ( 2 ).

Darüber hinaus wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Läufereinrichtung durch Bereitstellen einer zylinderförmigen Läuferpaketeinrichtung, Anordnen mehrerer Permanentmagnete am Außenumfang der Läuferpaketeinrichtung und dem Fixieren der Permanentmagnete am Außenumfang der Läuferpaketeinrichtung durch eine Bandage, die neben den Permanentmagneten als Ring mit einer stärker Wandstärke ausgebildet ist.Furthermore the above task is solved by a method of manufacturing a rotor device by providing a cylindrical Rotor core facility Arranging a plurality of permanent magnets on the outer circumference of the rotor core device and the fixing of the permanent magnets on the outer circumference of the rotor package means a bandage, in addition to the permanent magnets as a ring with a stronger Wall thickness is trained.

In vorteilhafter Weise können durch die Erfindung sichere Fixierungen von Anfang und Ende der Bandagenwicklungen in den neben den Permanentmagneten befindenden Ringwicklungen erfolgen. Anfang und Ende der Bandage können dementsprechend während des Herstellungsprozesses selbst überwickelt und fixiert werden. Damit ist kein zusätzlicher Fertigungsschritt zu Sicherung von Anfang und Ende erforderlich. Durch die neue Anordnung ist es möglich, die hohe Festigkeit der Faserverbundbänder vollständig auszunutzen und die so gefertigten Läuferpaketeinrichtungen bei höheren Drehzahlen zu betreiben.Advantageously, secure fixing of the beginning and end of the bandage windings in the ring windings located next to the permanent magnets can be achieved by the invention. The beginning and end of the bandage can accordingly be wrapped and fixed during the manufacturing process itself. There is no extra Licher manufacturing step to backup from beginning and end required. The new arrangement makes it possible to fully exploit the high strength of the fiber composite tapes and to operate the rotor package devices thus produced at higher speeds.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. In vorteilhafter Weise können für die Bandage Glasfasern eingesetzt werden, diese sind im Vergleich zu Kohlenstofffasern leicht biegsam. Kohlenstofffasern neigen durch ihre hohe Sprödigkeit beim Wickeln über scharfe Kanten zum Bruch. In vorteilhafter Weise wird ein heißhärtendes Epxoidharz eingesetzt, da damit eine bessere Festigkeit bei höheren Temperaturen erreicht wird.advantageous Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims. In can advantageously for the Bandage glass fibers are used, these are compared to Carbon fibers easily bendable. Carbon fibers tend through their high brittleness when winding over sharp Edges to break. Advantageously, a thermosetting Epoxy resin used, as it allows better strength at higher temperatures is reached.

In vorteilhafter Weise werden die Glasfasern bei der Tränkung mit dem heißhärtenden Epoixidharz erwärmt und dann auf das kalte Läuferpaket gewickelt. Durch die Temperaturdifferenz zwischen Fasern und Läuferpaket wird die Vorspannung der Bandage vergrößert.In Advantageously, the glass fibers in the impregnation with the thermosetting one Epoixide resin heated and then on the cold runner package wound. Due to the temperature difference between fibers and rotor core the pretension of the bandage is increased.

Ausführungsbeispielembodiment

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten 1 und 2 näher erläutert. Das nachfolgende Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.The present invention will now be described with reference to the attached 1 and 2 explained in more detail. The following embodiment represents a preferred embodiment of the present invention.

Es zeigenIt demonstrate

1 – Querschnitt des erfindungsgemäßen Läufers 1 - Cross section of the rotor according to the invention

2 – Querschnitt des erfindungsgemäßen Läufers während des Herstellungsverfahrens 2 - Cross section of the rotor according to the invention during the manufacturing process

Es sindIt are

11
Läuferpaket,Rotor core,
22
Permanentmagnete,Permanent magnets,
33
Bandage,Bandage,
44
Bandagenring,Bandages ring
55
Wickelwelle,Winding shaft
66
Seitenringe,Side rings,
77
Befestigungsschraube.Fixing screw.

In der 1 ist der fertige Zustand der erfindungsgemäßen Läuferpaketeinrichtung dargestellt.In the 1 the finished state of the rotor package device according to the invention is shown.

Das Läuferpaket (1) trägt an seinem Außenumfang eine Vielzahl von Permanentmagneten (2). Das Läuferpaket ist in axialer Richtung auf beiden Seiten ungefähr 5 mm länger als die Permanentmagnete (2). Zweckmäßiger Weise wird der Durchmesser des Läuferpakets (1) auf einer Seite neben den Permanentmagneten (2) etwas vergrößert, um eine Kante zum Ausrichten der Permanentmagnete (2) beim Aufkleben zu schaffen. Die Permanentmagnete (2) sind mit der Bandage (3) fixiert. Die Bandage (3) bildet an beiden Seiten der Permanentmagnete (2) Bandagenringe (4), die zur sicheren Fixierung von Anfang und Ende der Bandagenwicklung dienen.The runner package ( 1 ) carries at its outer periphery a plurality of permanent magnets ( 2 ). The rotor core is approximately 5 mm longer in the axial direction on both sides than the permanent magnets ( 2 ). Appropriately, the diameter of the runner package ( 1 ) on a side next to the permanent magnets ( 2 ) slightly enlarged to an edge for aligning the permanent magnets ( 2 ) to create when sticking. The permanent magnets ( 2 ) are with the bandage ( 3 ) fixed. The bandage ( 3 ) forms on both sides of the permanent magnets ( 2 ) Bandage rings ( 4 ), which are used for secure fixation of the beginning and end of the bandage winding.

In der 2 ist der Zustand des erfindungsgemäßen Läufers während der Fertigung dargestellt. Das zu bandagierende Läuferpaket ist auf der Wickelwelle (5) mit zwei Seitenringen (6) festgespannt. Ein Glasfaserband wird von einer Spule mit einer voreingestellten Vorspannung abgezogen, in einem Tränkbad mit Epoxidharz getränkt und auf der Wickelwelle aufgewickelt. Der Anfang wird dabei an der Befestigungsschraube (7) fixiert. Danach wird mit dem Glasfaserband der erste Bandagenring (4) auf das Läuferpaket (1) gewickelt, dabei wird der Anfang des Glasfaserbandes mehrfach überwickelt. Danach wird die Bandage (3) direkt auf die Permanentmagneten (2) gewickelt. Zum Abschluss wird der zweite Bandagenring (4) wieder auf das Läuferpaket (1) gewickelt. Dabei wird das Ende der Bandagenwicklung mehrfach überwickelt. Das Ende des Glasfaserbandes wird zum Abschluss an der Befestigungsschraube (7) festgebunden. Nach dem Wickelprozess erfolgt die Härtung des Epoxidharzes und das Entfernen der Befestigungsschrauben (7), der Seitenringe (6) und der Wickelwelle (5). Abgeschlossen wird die Fertigung durch das Abschneiden der Glasfaserbänder, die an den Befestigungsschrauben (7) fixiert waren.In the 2 the state of the rotor according to the invention is shown during manufacture. The to be bandaged runner package is on the winding shaft ( 5 ) with two side rings ( 6 ) tightened. A fiberglass tape is pulled off a bobbin with a pre-set bias, soaked in an impregnating bath of epoxy resin, and wound on the winding shaft. The beginning is at the fixing screw ( 7 ) fixed. Thereafter, with the glass fiber tape, the first bandage ring ( 4 ) on the runner package ( 1 ) wound, while the beginning of the fiberglass tape is wound several times. Then the bandage ( 3 ) directly on the permanent magnets ( 2 wrapped). Finally, the second bandage ring ( 4 ) back to the runner package ( 1 wrapped). The end of the bandage winding is wound several times. The end of the fiberglass tape is finished at the fastening screw ( 7 ) tied. After the winding process, the curing of the epoxy resin and the removal of the mounting screws ( 7 ), the side rings ( 6 ) and the winding shaft ( 5 ). The production is completed by cutting off the fiberglass ribbons attached to the fixing screws ( 7 ) were fixed.

Claims (3)

Läufervorrichtung für elektrische Maschinen mit einer zylindrischen Läuferpaketeinrichtung (1), mehreren Permanentmagneten (2), die am Außenumfang der Läuferpaketeinrichtung (1) angeordnet sind, und einer Bandage (3), die mit einer Vorspannung um die Läuferpaketeinrichtung (1) derart gewickelt ist, dass sie die Permanentmagnete (2) am Außenumfang der Läuferpaketeinrichtung (1) fixiert, gekennzeichnet dadurch, dass die Bandage (3) in axialer Richtung über die Permanentmagnete (2) hinaus verlängert ist und im Bereich neben den Permanentmagneten (2) einen Bandagenring (4) ausbildet, und dass der Innendurchmesser des Bandagenringes (4) kleiner als der Außendurchmesser der Permanentmagnete (2) ist.Rotor device for electrical machines with a cylindrical rotor package device ( 1 ), a plurality of permanent magnets ( 2 ), which on the outer circumference of the rotor package device ( 1 ) and a bandage ( 3 ) biased about the rotor package means ( 1 ) is wound in such a way that it supports the permanent magnets ( 2 ) on the outer circumference of the rotor package device ( 1 ), characterized in that the bandage ( 3 ) in the axial direction via the permanent magnets ( 2 ) and in the area next to the permanent magnets ( 2 ) a bandage ring ( 4 ), and that the inner diameter of the bandage ring ( 4 ) smaller than the outer diameter of the permanent magnets ( 2 ). Läufervorrichtung für elektrische Maschinen nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass die Bandage (3) aus Glasfasern mit einem heißhärtenden Epoxidharz gebildet wird.Rotor device for electrical machines according to claim 1, characterized in that the bandage ( 3 ) is formed of glass fibers with a thermosetting epoxy resin. Läufervorrichtung für elektrische Maschinen Anspruch 1 und 2 gekennzeichnet dadurch, dass bei dem Prozess des mit Vorspannung betriebenen Aufwickelns der mit heißhärtendem Epoxidharz getränkten Glasfasern auf die Läuferpaketeinrichtung (1) die getränkten Glasfasern eine höhere Temperatur haben als die Läuferpaketeinrichtung (1).Rotor machine according to claim 1 and 2, characterized in that in the process of biasing the thermosetting epoxy impregnated glass fibers onto the rotor core means ( 1 ) the impregnated glass fibers have a higher temperature than the rotor package device ( 1 ).
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