Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Der Rotor ist insbesondere für
einen Elektromotor vorgesehen, er kann allerdings beispielsweise auch in einem
Generator Verwendung finden.
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Aus der DE 199 51 594 A1 ist ein als Außenläufer ausgebildeter Rotor bekannt.
Der bekannte Rotor weist einen hohlzylindrischen Käfig mit rechteckigen
Ausnehmungen im Umfang auf, in denen Permanentmagnete einliegen, die die
Form rechteckiger, zylinderförmig gewölbter Scheiben aufweisen. Der Käfig bildet
einen Träger für die Permanentmagnete. Federlaschen, die an Rändern der
Ausnehmungen des Käfigs ausgebildet sind, drücken in Umfangsrichtung und in
achsparalleler Richtung gegen Ränder der Permanentmagnete um diese spielfrei
in den Ausnehmungen des Käfigs zu halten. Der Käfig ist mitsamt den
Permanentmagneten in einen rohrförmigen Rückschlussring eingesetzt, der
Fliehkräfte der Permanentmagnete aufnimmt.
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Erläuterung und Vorteile der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Rotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist
Permanentmagnete, einen Rückschlussring, ein Schleuderrohr und Mittel auf, die
die Permanentmagnete in Anlage am Schleuderrohr halten. Die
Permanentmagnete liegen innen oder außen am Schleuderrohr an. Der
Rückschlussring ist auf der jeweils anderen Seite der Permanentmagnete wie das
Schleuderrohr angeordnet, die Permanentmagnete befinden sich zwischen dem
Rückschlussring und dem Schleuderrohr. Das Schleuderrohr ist auf einer einem
Stator zugewandten Seite der Permanentmagnete angeordnet, bei einem
Innenläufer befinden sich die Permanentmagnete im Schleuderrohr, bei einem
Außenläufer auf einer Außenseite des Schleuderrohrs. Die Mittel halten die
Permanentmagnete in spielfreier Anlage am Schleuderrohr und bewirken
vorzugsweise zusätzlich eine gute Anlage des Rückschlussrings an den
Permanentmagneten, um einen guten magnetischen Schluss zu erreichen. Die
Mittel gleichen Toleranzen in radialer Richtung aus, sie können zusätzlich einer
Drehmomentübertragung zwischen den Permanentmagneten und den weiteren
Teilen des Rotors dienen.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass sich der Rotor ohne Kleben zusammensetzen
lässt. Dies vereinfacht und verkürzt die Herstellung des erfindungsgemäßen
Rotors, da eine Aushärtezeit entfällt. Weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass sich
der Rotor beständig gegen chemische Substanzen wie beispielsweise das
Frostschutzmittel Glysantin ausbilden lässt, da er keine Klebeverbindungen
benötigt.
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Da die Permanentmagnete des erfindungsgemäßen Rotors mit ihrer einem Stator
zugewandten Seite am Schleuderrohr anliegen, weist der erfindungsgemäße
Rotor eine hohe Formgenauigkeit (Zylinderform) an seiner dem Stator
zugewandten Außen- oder Innenseite auf. Maßungenauigkeiten, insbesondere
Dickenungenauigkeiten der Permanentmagnete beeinflussen die
Formgenauigkeit des Rotors an der dem Stator zugewandten Seite nicht. Dadurch lassen
sich ein enger Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator verwirklichen und
magnetische Flussverluste niedrig halten. Der Wirkungsgrad eines Elektromotors
wird dadurch verbessert.
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Zusätzlicher Vorteil ist die einfache Montage des erfindungsgemäßen Rotors, der
Rotor eignet sich für einen teil- oder vollautomatischen Zusammenbau.
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Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
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Vorzugsweise weisen die Mittel, die die Permanentmagnete in Anlage am
Schleuderrohr halten, mindestens ein Federelement auf, das die
Permanentmagnete gegen das Schleuderrohr drückt (Anspruch 2). Dadurch wird
in einfacher Weise eine spielfreie Anlage der Permanentmagnete am
Schleuderrohr selbst dann erreicht, wenn die Permanentmagnete
unterschiedliche Dicken aufweisen (Toleranzausgleich).
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Gemäß Anspruch 3 ist der erfindungsgemäße Rotor als Innenläufer ausgebildet,
die Permanentmagnete befinden sich innerhalb des Schleuderrohrs und werden
von dem mindestens einen Federelement nach außen gegen eine Innenseite des
Schleuderrohrs gedrückt. Der Rückschlussring befindet sich innerhalb der
Permanentmagnete. Diese Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil, dass das
Schleuderrohr beim Betrieb des Rotors auf dessen Permanentmagnete
einwirkende Fliehkräfte aufnimmt. Aus seiner Funktion, die Fliehkräfte der
Permanentmagnete aufzunehmen, leitet sich seine Bezeichnung als
"Schleuderrohr" ab. Zusätzlich nimmt das Schleuderrohr die Spannkräfte auf, mit
der das mindestens eine Federelement die Permanentmagnete gegen das
Schleuderrohr drückt. Durch seine Rohrform lässt sich das Schleuderrohr
problemlos mit einer ausreichenden Stabilität ausbilden, wobei auch ein
dünnwandiges Schleuderrohr hohen Fliehkräften standhält.
Zeichnung
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
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Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors in
perspektivischer Explosionsdarstellung;
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Fig. 2 den Rotor aus Fig. 1 in zusammengesetztem Zustand;
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Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung in perspektivischer
Darstellung;
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Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Der in Fig. 1 und 2 dargestellte, erfindungsgemäße Rotor 10 für einen im
übrigen nicht dargestellten Elektromotor ist als Innenläufer ausgebildet. Der Rotor
10 weist eine Welle 12 mit einer angespritzten Rotorscheibe 14 auf. Die
Rotorscheibe 14 ist durch das Anspritzen starr mit der Welle 12 verbunden. Eine
zweite, nur in Fig. 2 dargestellte Rotorscheibe 16 ist zu Montagezwecken
separat von der Welle 12. Die beiden Rotorscheiben 14, 16 sind mit über ihre
Fläche verteilt angeordnete Löchern 18 zum Einpressen nicht dargestellter
Wuchtgewichte versehen.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Rotor 10 vier
Permanentmagnete 20 auf, wobei diese Anzahl nicht zwingend ist. Die
Permanentmagnete 20 haben eine zylinderförmig gewölbte und rechteckige
Form. Sie liegen an einer Innenseite eines dünnwandigen Schleuderrohrs 22 an.
Das Schleuderrohr 22 ist unmagnetisch.
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Innerhalb der Permanentmagnete 20 weist der Rotor 10 einen Rückschlussring
24 auf, der in dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der
Erfindung einzelne Rückschlussringsegmente 26 aufweist. Der Rotor 10 weist
ebenso viele Rückschlussringsegmente 26 wie Permanentmagnete 20 auf, im
dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel also vier. Die
Rückschlussringsegmente 26 weisen ebenso wie die Permanentmagnete 20 eine
zylinderförmig gewölbte und rechteckige Form auf, wobei ein Wölbungsradius an
einer Außenseite der Rückschlussringsegmente 26 und an einer Innenseite der
Permanentmagnete 20 gleich ist, um eine gute und vollflächige Anlage der
Rückschlussringsegmente 26 an den Permanentmagneten 20 zu erreichen. Die
Rückschlussringsegmente 26 sind in Umfangsrichtung so zu den
Permanentmagneten 20 versetzt, dass sich Spalte zwischen den Permanentmagneten 20 in
Umfangsrichtung in einer Mitte der Rückschlussringsegmente 26 und umgekehrt
Spalte zwischen den Rückschlussringsegmenten 26 in Umfangsrichtung in einer
Mitte der Permanentmagnete 20 befinden. Dadurch wird ein guter magnetischer
Fluss zwischen den Permanentmagneten 20 und den Rückschlussringsegmenten
26 erreicht.
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Innerhalb der Rückschlussringsegmente 26 ist eine Schraubenfeder als
Federelement 28 angeordnet. Das Federelement 28 ist unter Vorspannung in
einen Innenraum innerhalb der Rückschlussringsegmente 26 eingesetzt. Das
Federelement 28 drückt die Rückschlussringsegmente 26 radial nach außen in
Anlage an die Permanentmagnete 20. Über die Rückschlussringsegmente 26
drückt das Federelement 28 die Permanentmagnete 20 von innen gegen das
Schleuderrohr 22.
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In Umfangsrichtung weisen die Permanentmagnete 20 Abstände voneinander
auf, in denen achsparallel verlaufende Zwischenstege 30 angeordnet sind. Die
Zwischenstege 30 weisen Zapfen 32 auf, mit denen sie in Löcher der
Rückschlussringsegmente 26 eingesetzt sind. Die Zwischenstege 30 sind axial
kürzer als die Permanentmagnete 20, so dass an beiden Stirnenden der
Zwischenstege 30 Freiräume 34 ausgebildet sind, in die von den Rotorscheiben
14 abstehende Nasen 36 eingreifen. Auf diese Weise wird ein Formschluss in
Umfangsrichtung zwischen den Permanentmagneten 20 und insbesondere der
durch Anspritzen mit der Welle 12 starren Rotorscheibe 14 zur
Drehmomentübertragung bewirkt.
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Das Schleuderrohr 22 steht axial über die Permanentmagnete 20 und die
Rückschlussringsegmente 26 über, so dass die Rotorscheiben 14, 16 in das
Schleuderrohr 22 einsetzbar sind. Ein Bund 38 der Rotorscheiben 14, 16
begrenzt deren Einstecktiefe in das Schleuderrohr 22. Sicken 40 am Umfang der
Rotorscheiben 14, 16 dienen einem Toleranzausgleich zwischen dem
Schleuderrohr 22 und den Rotorscheiben 14, 16. Die Sicken 40 bewirken einen
Klemmsitz der Rotorscheiben 14, 16 im Schleuderrohr 22.
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Die Zwischenstege 30 weisen auf einer, jeweils einem Permanentmagneten 20
zugewandten Seite Federelemente auf, die als mit den Zwischenstegen 30
einstückig gespritzte Federzungen 31 ausgebildet sind. Die Federzungen 31
drücken die Permanentmagnete 20 in Umfangsrichtung in Richtung des jeweils
nächsten Zwischenstegs 30, sie gleichen Toleranzen der Permanentmagnete 20
aus und bewirken eine Spielfreiheit der Permanentmagnete 20 in
Umfangsrichtung.
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Zur Montage des Rotors 10 werden die Zwischenstege 30 mit ihren Zapfen 32 in
die Löcher der Rückschlussringsegmente 26 eingesetzt. Die
Rückschlussringsegmente 26 werden mit den Zwischenstegen 30 in das Schleuderrohr 22
eingebracht und die Permanentmagnete 20 werden in Zwischenräume (Taschen)
zwischen den Zwischenstegen 30, dem Schleuderrohr 22 und den
Rückschlussringsegmenten 26 eingesetzt. Zum Einsetzen des als
Schraubenfeder ausgebildeten Federelements in den Innenraum zwischen den
Rückschlussringsegmenten 26 werden Enden des Federelements 28 so
gegeneinander verdreht, dass sich ein Durchmesser des Federelements 28 verkleinert.
Das Federelement 28 wird in diesem Zustand zwischen die
Rückschlussringsegmente 26 eingesetzt und seine Enden werden freigegeben.
Das Federelement 28 weitet sich auf, es liegt mit Vorspannung an den
Rückschlussringsegmenten 26 an und drückt diese von innen gegen die
Permanentmagnete 20 und über die Rückschlussringsegmente 26 die
Permanentmagnete 20 von innen gegen das Schleuderrohr 22.
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Die Welle 12 wird eingeführt und die Rotorscheibe 14 in das Schleuderrohr
eingepresst, wobei die Rotorscheibe 14 so ausgerichtet wird, dass die Nasen 36
zwischen die Permanentmagnete 20 eingreifen. Abschließend wird die andere
Rotorscheibe 16 auf die Welle 12 aufgesetzt und mit einem Sicherungsring 42,
der in eine Nut 44 der Welle 12 eingreift, gesichert.
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In der nachfolgenden Beschreibung der Fig. 3 und 4 werden für mit Fig. 1
und 2 übereinstimmende Bauteile gleiche Bezugszahlen verwendet. Bei dem in
Fig. 3 dargestellten erfindungsgemäßen Rotor 10 ist der Rückschlussring 24
einstückig nach Art einer Spannhülse ausgebildet. Der Rückschlussring 24 weist
die Form eines Hohlzylinders mit einem in Längsrichtung durchgehenden Schlitz
46 auf. Der Rückschlussring 24 ist unter Vorspannung innerhalb der
Permanentmagnete 20 in den Rotor 10 eingesetzt, der Rückschlussring 24 drückt
federelastisch von innen gegen die Permanentmagnete 20 und die
Permanentmagnete 20 nach außen gegen das Schleuderrohr 22. Ein separates
Federelement entfällt, der Rückschlussring 24 bildet zugleich auch das
Federelement 28.
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Zum Ausgleich einer Unwucht durch den Schlitz 46 weist der Rückschlussring 24
in Fig. 3 Aussparungen 48 auf, die im Ausführungsbeispiel als im Querschnitt
halbkreisförmige Längsrillen am Innenumfang des Rückschlussrings 24
ausgebildet sind.
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Im übrigen stimmt der in Fig. 3 dargestellte Rotor 10 mit dem in Fig. 1 und 2
dargestellten Rotor 10 überein. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird
hinsichtlich Fig. 3 insoweit auf die Ausführungen zu Fig. 1 und 2 verwiesen.
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Bei dem in Fig. 4 dargestellten Rotor 10 ist der Rückschlussring 20 ebenfalls als
Federelement 28 ausgebildet, und zwar als Schraubenfeder. Der als
Schraubenfeder ausgebildete Rückschlussring 24 liegt ebenfalls unter
Vorspannung innen an den Permanentmagneten 20 an und drückt diese nach
außen gegen das Schleuderrohr 22. Zum Einsetzen zwischen die
Permanentmagnete 20 wird der als Schraubenfeder ausgebildete
Rückschlussring 24 durch Verdrehen seiner Enden gegeneinander so
vorgespannt, dass sich sein Außendurchmesser verkleinert. Nach dem Einsetzen
in den Rotor 10 zwischen die Permanentmagnete 20 werden die Enden gelöst
und der als Schraubenfeder ausgebildete Rückschlussring 24 liegt mit
Vorspannung innen an den Permanentmagneten 20 an und drückt diese radial
nach außen gegen das Schleuderrohr 22.
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Die den Rückschlussring 24 bildende Schraubenfeder weist einen rechteckigen
Windungsquerschnitt auf, so dass eine Außenfläche der Federwindungen bzw.
eine gedachte Hüllfläche der Schraubenfeder einen Zylinder bilden. Dadurch wird
eine großflächige Anlage der den Rückschlussring 24 bildenden Schraubenfeder
an der Permanentmagneten 20 zum Zwecke eines guten magnetischen Flusses
erzielt.
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Im übrigen ist der in Fig. 4 dargestellte Rotor 10 gleich aufgebaut wie der in
Fig. 1 und 2 dargestellte Rotor 10 und es wird zur Vermeidung von
Wiederholungen insoweit auf die entsprechenden Ausführungen zu Fig. 1 und
2 verwiesen.