DE2727003A1

DE2727003A1 - Mehrpoliger rotor fuer generatoren und motoren, insbesondere fuer elektrische klein- und kleinstmotoren

Info

Publication number: DE2727003A1
Application number: DE19772727003
Authority: DE
Inventors: Werner Mueller
Original assignee: Magnetfabrik Bonn GmbH
Current assignee: Windhorst Beteiligungsgesellschaft Mbh 5300 Bonn
Priority date: 1977-06-15
Filing date: 1977-06-15
Publication date: 1979-01-04
Also published as: US4513216A; DE2727003C2

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrpoligen Rotor für Generatoren und Motoren, insbesondere für elektrische Klein- und Kleinstmotoren, wie Tachometer, Schrittmotoren, Synchron-Uhrwerksantriebe und dergleichen, mit auf der Rotorachse parallel zueinander sitzenden scheiben- oder stegförmigen Polträgern und am Rotorumfang parallel oder schräg zur Rotorachse angeordneten, entgegengesetzt magnetisierten Polen.

Bei einem bekannten mehrpoligen Rotor für elektrische Klein- und Kleinstmotoren sitzt auf der Rotorachse ein zylindrischer Dauermagnetkörper, an dessen Enden zwei scheibenförmige Bleche mit in Richtung der Rotorachse wechselweise gegeneinandergerichteten Pollappen befestigt sind. Dieser Rotor ist jedoch im Vergleich zu seiner Leistung verhältnismäßig sperrig und in der Herstellung teuer.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mehrpoligen Rotor für Generatoren und Motoren der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß er bei einer platzsparenden Bauweise eine hohe Polzahl aufweist und aus einer Anzahl vorgefertigter Einzelbauteile in einfacher Weise zusammengesetzt werden kann.

Diese Aufgabe findet ihre Lösung gemäß der Erfindung im wesentlichen dadurch, daß die Pole stabförmig ausgebildet sind, aus einem hochkoerzitiven, kunststoffgebundenen Dauermagnetwerkstoff bestehen, sich im wesentlichen über die gesamte Rotorlänge erstrecken und jeweils entgegengesetzt derart magnetisiert sind, daß sowohl am gesamten Außenumfang als auch am gesamten Innenumfang der Polreihe oder -anordnung eine dichte Aufeinanderfolge von N-S-N-S-... bzw. S-N-S-N-... Polen vorhanden ist.

Durch die Erfindung ist es möglich, derartige Rotoren oder Läufer aus einem kunststoffgebundenen hochkoerzitiven Dauerroagnetwerkstoff in der für Klein- und Kleinstmotoren in Frage kommenden Größe in jeder gewünschten Ausführungsform sowohl mit einem unterquadratischen als auch mit einem überquadratischen Verhältnis von Rotorlänge zum Rotordurchmesser herzustellen, wobei jeder Rotor entweder aus zwei oder mehr mit ihren Polzähnen ineinandergreifenden Einzelbauelementen bestehen kann.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß auch die Polträger ebenso wie die Pole selbst aus einem vorzugsweise kunststoffgebundenen, hochkoerzitiven Dauermagnetwerkstoff bestehen.

Es ist weiterhin vorgesehen, daß die Polträger kreisscheibenförmig ausgebildet sind, und daß die Pole an deren Umfang durch

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eine Feder- und Nutverbindung, durch eine Nasen- oder Stift-Einsteckverbindung oder dergleichen befestigt sind. Die Polträger können auch an den beiden Rotorenden durch ein Schaftteil entlang der Rotorachse fest miteinander verbunden bzw. nach Art einer Spule ausgebildet sein und aus einem elastischen nachgiebigen Kunststoffmaterial bestehen, so daß die Pole zwischen den beiden Polträgern festgeklemmt werden können. In einer derartigen Ausführungsform können die Polträger die Pole endseitig zumindest teilweise übergreifen. In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Pole die Polträger mit radial nach innen gerichteten hakenförmigen Vorsprüngen endseitig übergreifen.

Werden bei den vorstehend erwähnten Ausführungsformen die vorgefertigten stabförmigen Pole an den ebenfalls vorgefertigten scheiben- oder spulenförmigen Polträgern erst bei der Montage befestigt, so ist es in einer anderen Ausführungsform auch möglich, die Pole mit den Polträgern einstückig auszubilden. Bei einer derartigen Ausführungsform^der Erfindung können die Pole am Umfang von zwei kreisscheibenförmigen, koaxial miteinander verbindbaren Polträgern derart gegeneinander gerichtet und derart auf Lücke angeordnet sein, daß sie bei miteinander verbundenen Polträgern eine dichte-licreisringförmige Aufeinanderfolge von entgegengesetzt magnetisierten Polen bilden. Ein derartiger Rotor wird in der Regel ein unterquadratisches Verhältnis von Rotorlänge zum Rotordurchmesser haben.

Ist es demgegenüber beabsichtigt, einen derartigen Rotor mit einer gegenüber dem Rotordurchmesser größeren axialen Länge auszubilden, so kann dies in einer weiteren abgewandelten Ausführungsform der Erfindung dadurch geschehen, daß der Rotor nicht aus zwei scheibenförmigen Polträgern mit an deren Außenumfang kammartig angeordneten Polzähnen zusammengesetzt ist, sondern aus einem Bausatz von zueinander passenden Polen mit

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einstückig daran befestigten Polträgern zusammengefügt wird.

Bei dieser Ausführungsform ist dann vorgesehen, daß jeweils ein Pol mit einem eine Achsöffnung aufweisenden Polträger fest verbunden ist, und daß der Polträger in Abhängigkeit von der Polzahl des Rotors eine solche axiale Dicke hat und an benachbarten Polen vom Polende bis zur Polmitte jeweils um einen solchen Längenabschnitt axial versetzt angebracht ist, daß bei gegebener Polzahl und einer von den beiden Rotorenden zur Rotormitte hin oder von der Rotormitte zu den Rotorenden hin jeweils entgegengesetzten Anordnung zweier identischer Rotorteile auf der Rotorachse eine in Umfangsrichtung des Rotors gleichmäßig ausgerichtete Polanordnung und in Achsrichtung des Rotors eine vorzugsweise dichte Aufeinanderfolge von nebeneinander angeordneten Polträgern vorhanden ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine Ansicht eines Rotors in Richtung der Rotorachse,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Rotor gemäß Schnittlinie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen abgewinkelten Teilschnitt durch den Rotor gemäß Schnittlinie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 die Einzelteile eines solchen Rotors in auseinandergezogener Darstellung vor dem Zusammenbau und

Fig. 5 bis 15

verschiedene Ausführungsformen eines Rotors, der aus einer mehr oder weniger großen Anzahl von Polen und Polträgern zusammengesetzt ist.

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Bei dem in Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen mehrpoligen Rotor 10 für elektrische Klein- und Kleinstmotoren, wie Tachometer, Schrittmotoren, Synchron-Uhrwerksantriebe und dergleichen, der aus zwei identischen, kreisscheibenförmigen Polträgern 11 mit an deren Umfang einstückig ausgebildeten stabförmigen Polen 20 zusammengesetzt ist.

Wie in der Zeichnung im einzelnen zu erkennen ist, haben die Pole 20 einen kreisringsektorförmigen Querschnitt und sind am Umfang der Polträger 11 nach Art einer Kronenrad-Verzahnung derart gegeneinander gerichtet und derart auf Lücke angeordnet, daß sie bei miteinander verbundenen Polträgern 11 eine dichte kreisringförmige Aufeinanderfolge von entgegengesetzt magnetisierten Polen bilden. Die Polträger 11 können mit ihren zahnförmig gegeneinander gerichteten, ineinandergreifenden Polen aus einem hochkoerzitiven, kunststoffgebundenen Dauermagnetwerkstoff, wie zum Beispiel aus AlNiCo-Pulver, durch Mischen mit einem Bindemittel und Formgeben hergestellt werden.

Für ihre gegenseitige Verbindung weisen die scheibenförmigen Polträger 11 an ihrer Innenseite beiderseits einer mittigen Achsöffnung 30 für eine nicht gezeigte Rotorwelle achsparallele Befestigungsöffnungen 31, 32 und in diese achsparallel eingreifende Befestigungsstifte oder -zapfen 33, 34 an dem jeweils anderen Polträger auf. An der Innenseite der Polreihe ist außerdem eine Ringnut 35 für einen Rückschlußring 36 aus ferromagnetischem Material vorgesehen.

An dem fertig zusammengebauten Rotor 10 erstrecken sich, wie in Fig. 2 zu erkennen ist, die stabförmig ausgebildeten Pole parallel zueinander oder in Schräglage über die gesamte Rotorlänge L und sind jeweils entgegengesetzt derart magnetisiert,

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daß sowohl am gesamten Außenumfang als auch am gesamten Innenumfang der Polreihe oder -anordnung eine dichte Aufeinanderfolge von N-S-N-S- bzw. S-N-S-N-Polen vorhanden ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Polreihe stellenweise über einen mehr oder weniger großen Rotorumfang zu unterbrechen und/oder schraubenlinienförmig am Rotorumfang anzuordnen.

Sind bei der in Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform die Pole 20 des Rotors 10 am Umfang von zwei identischen Rotorteilen ausgebildet, so sind die in Fig. 5 bis 15 gezeigten Rotoren 10 aus einer Anzahl jeweils zueinander passender Einzelbauteile, die nach Art eines Bausatzes ausgebildet sind, zusammengesetzt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 bis 8 ist jeweils ein stabförmiger, im Querschnitt vorzugsweise ringsektorförmiger Pol 20 mit einem eine Achsöffnung 30 aufweisenden Polträger 11, 12, 13, 14 fest verbunden bzw. einstückig ausgebildet.

Um aus einer größeren Anzahl derartiger Einzelbauelemente einen Rotor 10 mit zum Beispiel acht oder mehr Polen 20 auszubilden, sind die Polträger 11, 12, 13, 14 an den einzelnen Polen in Richtung der in Fig. 5 lediglich strichpunktiert angedeuteten Rotorachse 15 jeweils versetzt angeordnet. So ist der in Fig. 5 in einem Schnitt entlang der Rotorachse 15 schematisch dargestellte achtpolige Rotor 10 aus insgesamt acht Einzelbauelementen zusammengefügt, von denen jeweils zwei von den beiden Enden des Rotors zur Rotormitte hin bzw. von der Rotormitte zu den beiden Rotorenden identisch ausgebildet sind. Bei den beiden endseitigen, am Rotor um 180 verdreht einander paarweise gegenüberliegenden Rotorteilen befindet sich, wie in Fig. 6 gezeigt ist, der Polträger 11 jeweils am äußeren Ende des damit einstückig ausgebildeten stabförmigen Poles 20.

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Bei den dazwischen angeordneten Polen 20 sind die Polträger 12, 13, 14 jeweils um die Dicke des vorhergehenden Polträgers in Richtung der Rotorachse 15 an der Polinnenseite versetzt angeordnet, bis schließlich die beiden mittleren Polträger 14 in Achsmitte um jeweils 180° gegeneinander verdreht unmittelbar aneinanderstoßen. Bei diesen Polen ist der Polträger 14 entsprechend Fig. 7 an der Polinnenseite derart angeordnet, daß eine der beiden Stirnflächen des Polträgers 14 mit der Symmetrieebene des Rotors senkrecht zur Rotorachse 15 zusammenfällt.

Die Polträger 11, 12 brauchen keine Kreisringform zu haben, sondern können auch lappen- oder stegförmig ausgebildet sein, wie in Fig. 8 gezeigt ist. Sie können auch dünner sein und müssen nicht aneinanderstoßen. Ferner können die Polträger 11, 12 auch ohne Achsbohrung ausgeführt sein und haben dann eine Nut, Rippe oder ähnliche Profilierung, die in eine Schnappoder Halteeinrichtung an einem Achsträgerkörper einrastet.

Bei der in Fig. 9 und 10 gezeigten Ausführungsform weist der Rotor 10 lediglich zwei endseitige Polträger 11 auf, die mit einem Pol 20 einstückig ausgebildet sind. Jeder Polträger hat eine Achsöffnung 30 und einen umlaufenden Ringwulst 41, der nach Art einer Feder- und Nutverbindung in einen entsprechenden Ringnutabschnitt 42 an dem freien Ende des Poles 20 eines identisch ausgebildete]
ter Montage eingreift.

identisch ausgebildeten Bauteiles bei dessen um 180 verdreh-

Zusätzlich zu den an den beiden Polträgern 11 fest montierten Polen 20 weist dieser Rotor weitere Pole 21 auf, die an ihren beiden stirnseitigen Enden ebenfalls einen Ringnutabschnitt aufweisen, mit dem sie auf dem Umfangswulst 41 des Polträgers 11 zwischen den Polen 20 befestigt werden können. Auch bei die-

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sen» Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Pole 20, 21 über die gesamte Länge des Rotors 10 in Richtung der Rotorachse 15.

Statt einer Feder- und Nutverbindung gemäß Fig. 9 und 10 können an dem Polträger 11 auch Einstecköffnungen 43 für passende Einsteckstifte, -zapfen oder -nasen 44 an den Enden der Pole 20, 21 für eine Einsteckverbindung vorgesehen sein, wie sie in Fig. 11 und 12 gezeigt ist.

Auch ist eine Kombination der verschiedenen Verbindungssysteme möglich, wie Fig. 12 zeigt, bei der die Polträger 11 nicht mit einem Polträger 20 einstückig ausgebildet sind, sondern an ihrem gesamten Umfang einen Umfangswulst 41 oder Einsteckstifte oder -zapfen 44 für den Eingriff in einen entsprechenden Ringnutabschnitt 42 bzw. in entsprechende Einstecköffnungen 43 an den stirnseitigen Enden von einsteckbaren Polen 21 ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform ist es allerdings zweckmäßig, daß mindestens einer der beiden Polträger 11 mit einem sich in Richtung der Rotorachse 15 erstreckenden Schaftteil 16 ausgebildet ist, das eine solche Länge hat, daß es bei fertigmontiertem Rotor mit seiner Stirnfläche an dem gegenüberliegenden Polträger 11 bzw. an einem von diesem hervorstehenden Schaftteil 16 zur Anlage kommt.

Bei dem in Fig. 13 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Polträger 11 an den beiden Rotorenden durch ein durchgehendes Schaftteil 16 entlang der Rotorachse 15 nach Art einer Spule fest miteinander verbunden und bestehen aus einem elastisch nachgiebigen Kunststoffmaterial oder dergleichen, so daß die an ihren stirnseitigen Enden mit keilförmigen Nasen 45 ausgebildeten Pole 21 in entsprechende Ringnuten 46 an den einander gegenüberliegenden Innenseiten der Polträger 11 eingefügt werden können.

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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 14 sind die Polträger 11 entlang der Rotorachse 15 ebenfalls durch ein durchgehendes Schaftteil 16 fest miteinander verbunden und bestehen aus elastisch nachgiebigem Material, und hier hat jeder Polträger 11 einen umlaufenden Ringwulst 41, mit dem er in einen passenden Ringnutabschnitt 42 an dem Polstück 21 eingreift, das wie die zusätzlichen Pole 21 gemäß Fig. 10 ausgebildet ist. Wie bei allen anderen Ausführungsformen kann auch hier einRückschlußring 36 an der Innenseite der Polstücke 21 angeordnet sein, der in diesem Falle allerdings bereits bei der Herstellung des spulenförmigen Trägerkörpers zwischen die beiden Polträger 11 eingefügt werden muß.

Bei dem in Fig. 15 gezeigten Ausführungsbeispiel hat der spulenförmig ausgebildete Polträger nicht nach innen, sondern zu den beiden Enden des Rotors gerichtete Ringwülste 41, und die Pole bzw. Polstücke 21 haben eine C-Form, so daß sie die Ringwülste 41 an den beiden Polträgern 11 mit radial nach innen gerichteten hakenförmigen Vorsprüngen 47 übergreifen. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel können die Pole ebenso wie bei allen vorhergehenden Ausführungsformen statt achsparallel auch schräg bzw. schraubenlinienförmig zur Rotorachse 15 angeordnet sein.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Mehrpoliger Rotor für Generatoren und Motoren, insbesondere für elektrische Klein- und Kleinstmotoren, wie Tachometer, Schrittmotoren, Synchron-Uhrwerksantriebe und dergleichen, mit auf der Rotorachse parallel zueinander sitzenden scheiben- oder stegförmigen Polträgern und am Rotorumfang parallel oder schräg zur Rotorachse angeordneten, entgegengesetzt magnetisierten Polen, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole (20, 21) stabförmig ausgebildet sind, aus einem hochkoerzitiven, kunststoffgebundenen Dauermagnetwerkstoff bestehen, sich im wesentlichen über die gesamte Rotorlänge (L) erstrecken und jeweils entgegengesetzt derart magnetisiert sind, daß sowohl am gesamten Außenumfang als auch am gesamten Innenumfang der Polreihe oder -anordnung eine dichte Aufeinanderfolge von N-S-N-S- ... bzw. S-N-S-N- ...Polen vorhanden ist.

2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polträger (11) aus einem vorzugsweise kunststoffgebundenen, hochkoerzitiven Dauermagnetwerkstoff bestehen.

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ORIGINAL INSPECTED

3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polträger (11) kreisscheibenförmig ausgebildet sind, und daß die Pole (20, 21) an deren Umfang durch eine Feder- und Nutverbindung (41, 42, 45, 46, 47), durch eine Nasenoder Stift-Einsteckverbindung (43, 44) oder dergleichen befestigt sind.

4. Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polträger (11) an den beiden Rotorenden durch ein Schaftteil (16) entlang der Rotorachse (15) fest miteinander verbunden bzw. nach Art einer Spule ausgebildet sind und aus einem elastisch nachgiebigen Kunststoffmaterial bestehen, und daß die Pole (21) zwischen den beiden Polträgern (11) festgeklemmt sind.

5. Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die PoI-träger (11) die Pole (21) endseitig zumindest teilweise übergreifen.

6. Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole (21) die Polträger (11) mit radial nach innen gerichteten hakenförmigen Vorsprüngen (47) endseitig übergreifen.

7. Rotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole (2O) mit den Polträgern (11) einstückig ausgebildet sind.

8. Rotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole (20) am Umfang von zwei kreisscheibenförmigen, koaxial miteinander verbindbaren Polträgern (11) derart gegeneinander gerichtet und derart auf Lücke angeordnet sind, daß sie bei

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miteinander verbundenen Polträgern (11) eine dichte kreisförmige Aufeinanderfolge von entgegengesetzt magnetisierten Polen bilden.

9. Rotor nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die scheibenförmigen Polträger (11) an ihrer Innenseite achsparallele Befestigungsöffnungen (31, 32) und in diese achsparallel eingreifende Befestigungsstifte oder -zapfen (33, 34) an dem jeweils anderen Polträger aufweisen, und daß an der Innenseite der Polreihe eine Ringnut (35) für einen Rückschlußring (36) aus ferromagnetischem Material vorhanden ist.

10. Rotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Pol (20) mit einem Polträger (11, 12, 13, 14) fest verbunden ist, und daß der Polträger (11, 12, 13, 14) in Abhängigkeit von der Polzahl des Rotors (10) eine solche axiale Dicke hat und an benachbarten Polen (20) vom Polende bis zur Polmitte jeweils um einen solchen Längenabschnitt axial versetzt angebracht ist, daß bei gegebener Polzahl und einer von den beiden Rotorenden zur Rotormitte hin oder von der Rotormitte zu den Rotorenden hin jeweils entgegengesetzten Anordnung zweier identischer Rotorteile auf der Rotorachse (15) eine in Umfangsrichtung des Rotors (10) gleichmäßig ausgerichtete Polanordnung und in Achsrichtung des Rotors eine vorzugsweise dichte Aufeinanderfolge von nebeneinander angeordneten Polträgern (11, 12, 13, 14) vorhanden ist.

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