DE2433770C2 - Verfahren zum Herstellen eines Stators für eine elektrische Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines ein zylindermantelförmiges Eisenrückschlußteil und einen in den Innenraum desselben hineinragenden Permanentmagneten umfassenden Stators für eine elektrische Maschine mit einem glockenförmigen Rotor.

Bei bekannten Herstellungsverfahren für derartige Rotoren müssen sämtliche ineinanderpassenden Teile, also das Gehäuse, das Eisenrückschlußteil und das Bürstenhalteteil auf Durchmesserpassung gearbeitet werden, was einen erheblichen Aufwand bedeutet

Bei einem bekannten Stator bildet das Eisenrückschlußteil zugleich den Gehäusemantel. Der Permanentmagnet sitzt an einer Stirnscheibe, weiche an dem Eisenrückschlußteil festsitzt An beiden Seiten des Eisenrückschlußteiles sind Lagerdeckel zum Aufnehmen der Lager der Rotorwelle befestigt (DE-AS 1130 055). Die Herstellung eines derartigen Stators erfordert einen hohen Aufwand, falls enge Toleranzen eingehalten werden sollen.

Eine andere bekannte Konstruktion (DE-AS 10 39 127), bei der die beiden Stirndeckel in rohrförmige Gehäuseteile übergehen, die an dem Eisenrückschlußteil befestigt sind, erfordert ebenfalls einen hohen Herstellungsaufwand für die Einhaltung enger Toleranzen.
Be^: einem anderen Stator (US-PS 32 37 036) ist zwar das Eisenrückschlußteil von einer Ummantelung umgeben, jedoch muß die Ummantelung innen passungsgenau auf einen bestimmten Durchmesser gedreht sein, damit das Eisenrückschlußteil ohne Radialspiel aufgenommen werden kann. Der Permanentmagnet sitzt auf einer Nabe, die in einen gedrehten Bereich einer mit der Ummantelung in Verbindung stehenden Stirnplatte eingreift Zur Herstellung eines derartigen Stators ist also eine Reihe von Arbeitsvorängen auf einer Drehbank erforderlich, um geringe Toleranzen zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem es nicht erforderlich ist, das Eisenrückschlußteil und das Gehäuse passungsgenau herzustellen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist darin zu sehen, daß der Permanentmagnet in den Innenraum eines in seinen Radialabmessungen dem Luftspaltraum entsprechenden Kalibrierrohres gesteckt wird, daß das Eisenrückschlußteil über das Kalibrierrohr geschoben wird, und daß das Ganze sodann in eine Gießform gebracht und mit Kunststoff umspritzt wird. Durch die Verwendung eines Kalibrierrohres für die Herstellung wird erreicht, daß die innere Mantelfläche des Eisenrückschlußteiles koaxial zu dem Permanentmagneten verläuft, so daß also beide Teile nicht gegeneinander verkantet oder axial gegeneinander versetzt sind.

Gemäß einer Weiterbildung wird das Eisenrückschlußteil mit mindestens einem durchgehenden Längsschlitz versehen, bevor es über das Kalibrierrohr geschoben wird. Durch die Anbringung eines derartigen Längsschlitzes und einer gewissen Vorspannung in dem Eisenrückschlußteil wird erreicht, daß der Luftspaltraum sich mit engen Toleranzen des Luftspaltes herstellen läßt, ohne daß eine entsprechend eng tolerierte Bearbeitung des Eisenrückschlußteiles erforderlich ist.

Alternativ erfolgt die Herstellung derart, daß der Permanentmagnet in den Innenraum eines in seinen Radialabmessungen dem Luftspaltraum entsprechenden Kalibrierrohres gesteckt wird, daß das Eisenrückschlußteil über das Kalibrierrohr geschoben wird, daß der Permanentmagnet in einer beliebigen Verfahrensstufe mit einer bis in den Durchmesserbereich des

Eisenrückschlußteiles ragenden Stirnplatte versehen wird, und daß über das Eisenrückschlußteil und den radial äußeren Bereich der Stirnplatte ein Gehäuseteil aus ziehfähigem Material gepreßt wird. Auch bei diesem Verfahren ist keine paßgenaue Bearbeitung des Eisenrückschlußteiles und des Gehäiibemantels erforderlich, und durch Anordnung eines Längsschlitzes gemäß einer weiterbildenden Variante läßt sich auch hier erreichen, daß die innere Mantelfläche des Eisenrückschlußteiles einen eng tolerierten Durchmesser annimrrx.

Andere Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen ergänzend beschrieben.

Fig. 1 ist ein Axialschnitt durch eine elektrische Maschine nach der Erfindung.

Fig.2 ist ein Querschnitt längs der Linie H-II von F i g. 1 bei herausgenommenem Rotor.

F i g. 3 ist ein Axialschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Maschine nach der Erfindung.

Fig.4 ist ein Querschnitt längs der Linie IV-IV von F i g. 3 bei herausgenommenem Rotor.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte elektrische Maschine umfaßt einen zylindrischen Permanentmagneten l.der mit einer zentralen öffnung 2 versehen ist. Der Permanentmagnet ist in ein Spritzgußteil 3 eingebettet, welches sich durch die zentrale öffnung 2 erstreckt und die Gehäusestirnplatte 4 bildet sowie eine an diese anschließende Ummantelung 5. Diese Umrnari-.telung umgibt ein Eisenrückschlußteil, das aus zwei Zylindermantelhalbschalen 6 und 7 besteht. Diese Halbschalen sind in axialer Richtung durch Schlitze 9 und 10 voneinander getrennt, die durch das Spritzgußmaterial ausgefüllt sind und auf diese Weise eine Verschiebung der Halbschalen 6,7 verhindern.

Das Spritzgußteil 3 ist mit einer zentralen Bohrung 11 versehen, die sich durch die gesamte Länge des Spritzgußteils erstreckt und an den Enden Bereiche mit vergrößertem Durchmesser aufweist, die zur Aufnahme von Lagern 12 und 13 dienen. Diese Lager sind mit Lagerbohrungen 14 versehen, die eine Welle 15 aufnehmen, an deren in der Figur rechtem Ende eine Riffelung 16 angebracht ist, um die eine Kunststoffseilbe 17 gespritzt ist, die an ihrem größten Umfang eine Rotorwicklung 18 trägt und in der Verlängerung der Welle 15 einen Kommutator 19. Der Kommutator umfaßt eine Anzahl L-förmiger, metallener Lamellen 21), die mit den Anschlüssen der Rotorwicklung 18 verbunden sind.

An dem freien Ende der Ummantelung 5 liegt ein Bürstendeckel 21 an, der mit zwei Anschlußfahnen 22 und 23 versehen ist, an denen Bürstenfedern 24 befestigt sind, die auf dem Kommutator 19 aufliegen.

Die das Eisenrückschlußteil bildenden Halbschalen 6 und 7 bestehen aus einem ferromagnetischen Material. An den stirnplattenseitigen Stirnkanten des Eisenrückschlußteils und des Permanentmagneten liegt eine ringförmige Dichtung 25 an, die ein Eindringen von Spritzmasse in den Luftspaltraum bei der Herstellung verhindert.

Eine derartige elektrische Maschine läßt sich auf einfache Weise mit einem eng tolerierten Luftspalt zwischen dem Permanentmagneten 1 und dem Eisernrückschlußteil 8 herstellen. Dabei können die Halbschmlen 6 und 7 durch eine Walzbearbeitung aus Bandmaterial hergestellt sein. Für die Herstellung des Stators einer derartigen Maschine wird z. B. ein rohrförmiges Teil um den Permanentmagneten 1 gelegt, das in seinen Abmessungen den Abmessungen des gewünschten Luftspaltraumes entspricht Um das rohrfötmigeTeil werden die beiden Halbschalen 6 und 7 gelegt, sodann der Dichtungsring 25 auf die Stirnkanten des Eisenrückschlußteils und des Permanentmagneten gelegt, und das Ganze sodann in eine passend geformte Gußform gebracht Die Halbschalen 6 und 7 sollten dabei so geformt sein, daß sie einen etwas kleineren Innenradius aufweisen als dem Außendurchmesser des rohrförmigen Teiles entspricht, so daß sie im Bereich der Schlitze 9 und 10 eng an dem rohrförmigen Teil anliegen und keine Spritzgußmasse dazwischendringen kann. Die Gußform ist so gestaltet, daß die zentrale Bohrung 11 und die Sitze für die Lager 12 und 13 beim Spritzen mitentstehen, also nicht nachträglich hergestellt werden müssen.

Man erkennt aus F i g. 2, daß die Schlitze 9 und 10 gegenüber den Polen N und 5 des Permanentmagneten 1 liegen. Dadurch wird gewährleistet, daß der magnetische Fluß in dem Luftspaltringraum 26 nicht geschwächt wird.

Durch das Einbetten des Permanentmagneten 1 und der beiden Halbschalen des Eisenrückschlußteils 8 in die Spritzgußmasse wird eine genau koaxiale Lage diese-Teile zueinander dauernd gewährleistet.

Als Spritzgußmaterial kann sowohl ein Metall als auch ein Kunststoff verwendet sein. Als besonders günstig hat sich Polyamid 12 erwiesen, bekannt z. B. unter der Warenbezeichnung Grilamid®.

Das Eisenrückschlußteil 8 kann aus einem Material bestehen, welches eine hohe Induktion zuläßt, so daß eine verhältnismäßig geringe Dicke der Halbschalen 6 und 7 ausreicht. Anstelle der Halbschalen kann z. B. auch ein rohrförmiges Eisenrückschlußteil verwendet werden, das keinen Längsschlitz aufweist. Diese Variante ist in F i g. 2 durch die gestrichelte Überbrükkung der Schlitze 9 und 10 dargestellt

Die F i g. 3 und 4 zeigen eine andere Ausführungsform einer elektrischen Maschine, bei der in bezug auf die Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2 gleiche Bauteile mit einer um hundert erhöhten Bezugsziffer versehen sind.

Die elektrische Maschine nach F i g. 3 unterscheidet sich im wesentlichen dadurch von der Ausführungsform nach Fig. 1, daß lediglich der Permanentmagnet 101 in die Spritzgußmasse 103 eingebettet ist, nicht jedoch das Eisenrückschlußteil 108. Letzteres ist einstückig ausgebildet, enthält also nur einen Spalt 109, der gegenüber dem Nordpol des Permanentmagneien 101 liegt

Das Spritzgußteil 103 ist mit einer normal zur Achse der Maschine verlaufenden Auflagefläche 127 versehen, die als Auflage für eine Stirnkante des Eisenrückschlußteils 108 dient. Diese Auflagefläche gewährleistet, daß das Eisenrückschlußteil achsparallel zur Achse der Maschine liegt.

Die Ummantelung 105 bildet die Mantelfläche eines topfförmigen Tiefziehteils 128, dessen Stirnbereich 129 mit einer Bohrung 130 versehen ist, durch die sich das nabenförmige Ende 131 des Spritzgußteils 103 erstreckt. In den Stirnbereich 129 sind ferner Gewindebohrungen 132 eingeschnitten, die zum Befestigen der elektrischen Maschine dienen.

Der Bürstendeckel 121 ist ebenfalls topfförmig gestaltet und weist einen Mantelbereich 133 auf, dessen äußerer Durchmesser etwa dem maximalen Durchmesser des Spritzgußteiles 103 entspricht.

Die freie Stirnkante 134 des topfförmigen Tiefziehteils 128 ist schräg nach innen gedruckt, wodurch das Spritzgußteil 103, das Eisenrückschlußteil 108 sowie der Bürstendeckel 121 festgeklemmt in ihrer Lage gehalten werden.

Die übrigen, hier^ nicht erwähnten Bauteile und Konstruktionsmerkmale dieser Ausführungsform entsprechen der Vorrichtung nach F i g. 1.

Zur Herstellung einer Maschine nach den F i g. 3 und 4 wird zuerst eine Baugruppe hergestellt aus dem Spritzgußteil 103, dem darin eingebetteten Permanentmagneten 101 und den Lagern 112 und 113. Diese Baugruppe wird in das topfförmige Tiefziehteil 128, dessen freie Stirnkante 134 noch nicht umgebogen ist, hineingesteckt, bis es an dem Stirnbereich 129 anstößt. Danach wird das Eisenrückschlußteil 108, gegebenenfalls mit einem Klebstoffauftrag an seiner äußeren Oberfläche versehen, in das Tiefziehteil 128 hineingesteckt, bis es mit einer Stirnkante auf der Auflagefläche 127 des Spritzgußteils 103 aufstößt. Das Eisenrückschlußteil sollte dabei eine radial nach außen gerichtete Vorspannung aufweisen, so daß es in entspanntem Zustand einen größeren Außendurchmesser aufweist als dem Innendurchmesser des Tiefziehteils entspricht. Dadurch wird gewährleistet, daß sich das Eisenrückschlußteil eng an die Innenfläche der Ummantelung 105 anlegt.

Die Verwendung von Klebstoff zum Verbinden des Eisenrückschlußteils mit der Ummantelung ist nicht unbedingt erforderlich, verbessert jedoch die Festigkeit und den Wärmeübergangskoeffizienten zwischen diesen beiden Teilen.

Nunmehr wird der fertige Rotor in die bereits zusammengebauten Teile eingeführt und danach der Bürstendeckel 121 in die Ummantelung 105 eingeführt und sodann die freie Stirnkante 134 umgebördelt, so daß das Eisenrückschlußteil zwischen dem Spritzgußteil 103 und dem Bürstendeckel 121 fest eingeklemmt ist.

Zum Erleichtern des Zusammenbaus ist in dem Bürstendeckel 121 ein zentraler Durchbruch 135 vorgesehen, der durch eine abnehmbare, dünne Scheibe 136 verschließbar ist.

Die soeben beschriebene Konstruktion hat noch den Vorteil, daß sich die Stärke des Luftspaltringraumes 126 § durch Walzen ucr Ummantelung im Bereich des | Eisenrückschlußteiles 108 verringern läßt. Auf diese Weise ist eine gewisse Änderung der Eigenschaften der elektrischen Maschine möglich, ohne daß andere Bauteile verwendet werden müßten. Diese Möglichkeit läßt sich auch dazu ausnutzen, ohne großen Aufwand elektrische Maschinen mit eng tolerierten Eigenschaften herzustellen.

Die Erfindung ist anhand von Kommutatormaschinen beschrieben. Sie läßt sich jedoch auch bei anderen Motorkonstruktionen verwenden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines ein zylindermantelförmiges Eisenrückschlußteil und einen in den Inr.enraum desselben hineinragenden Permanentmagneten umfassenden Stators für eine elektrische Maschine mit einem glockenförmigen Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet in den Innenraum eines in seinen Radialabmessungen dem Luftspaltraum entsprechenden Kalibrierrohres gesteckt wird, daß das Eisenrückschlußteil über das Kalibrierrohr geschoben wird, und daß das Ganze sodann in eine Gießform gebracht und mit Kunststoff umspritzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dichtungsring auf die stimplattenseitigen Stirnkanten des Pernanentmagneten und dss Eisenrückschlußteils gelegt wird, bevor das Ganze mit Kunststoff umspritzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisenrückschlußteil mit mindestens einem durchgehenden Längsschlitz versehen wird, bevor es .über das Kalibrierrohr geschoben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisenrückschlußteil im entspannten Zustand einen etwas kleineren Durchmesser hat als der Außendurchmesser des Kalibrierrohres.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisenrückschlußteil so auf das Kalibrierrohr aufgeschoben wird, daß jeder Längsschlitz im Bereich der Symmetrieebene der Feldlinien des Permanentmagneten liegt.

6. Verfahren zum Herstellen eines ein zylindermantelförmiges Eisenrückschlußteil und einen in den Innenraum desselben hineinragenden Permanentmagneten umfassenden Stators für eine elektrische Maschine mit einem glockenförmigen Rotor, dadurch gekennzeichnet, da3 der Permanentmagnet in den Innenraum eines in seinen Radidabmessungen dem Luftspaltraum entsprechenden Kalibrierrohres gesteckt wird, daß das Eisenrückschlußteil über das Kalibrierrohr geschoben wird, daß der Permanentmagnet in einer beliebigen Verfahrensstufe mit einer bis in den Durchmesserbereich des Eisenrückschlußteils ragenden Stirnplatte versehen wird, und daß über das Eisenrückschlußteil und den radial äußeren Bereich der Stirnplatte ein Gehäuseteil aus ziehfähigem Material gepreßt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisenrückschlußteil vor dem Aufstecken auf das Kalibrierrohr mit einem durchgehenden Längsschlitz versehen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eisenrückschlußteil verwendet wird, dessen Innendurchmesser im entspannten Zustand größer ist als der Außendurchmesser des Kalibrierrohres.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisenrückschlußteil so über das Kalibrierrohr gesteckt wird, daß der Längsschlitz im Bereich der Symmetrieebene der Feldlinien des Permanentmagneten liegt.