DE3938007C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Permanentmagnetläufers für einen Elektromotor nach dem Ober
begriff des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens.
Bei einer Art von rotierenden elektrischen Maschinen, insbeson
dere bei Elektromotoren, ist ein Permanentmagnetläufer vor
gesehen, der drehbar in einem zylindrischen Ständer angeordnet
ist. Im Ständer wird ein Drehfeld erzeugt, welches den Läufer
dreht. Typischerweise umfaßt der Läufer eine gewisse Anzahl von
Permanentmagnetsegmenten, die an einem Eisenkern, z. B. einem
Lamellenstapel, befestigt sind. Ein solcher Läufer ist aus der
US-PS 47 42 259 bekannt.
Ein Problem bei derartigen Läufern betrifft die Befestigung der
Magnetsegmente am Kern. Die Segmente müssen ortsfest gesichert
sein, da bei Drehung mit hoher Drehzahl die Zentrifugalkräfte
sie abziehen wollen und die Massenträgheits- und Drehkräfte auf
die Segmente eine Kraft in Umfangsrichtung erzeugen.
Es wurden schon verschiedene Anordnungen vorgeschlagen, um die
Segmente ortsfest zu halten. Klebstoffe wurden schon benutzt,
jedoch führte dies nicht zu befriedigenden Ergebnissen, da die
Teile sich bei Temperaturschwankungen ausdehnen und zusammen
ziehen. Im Falle von flüssigkeitsgefüllten Motoren gibt es kei
ne Klebstoffe, die über eine hinreichend lange Zeitdauer in
feuchter Umgebung beständig bleiben. Verschiedene Arten von
Teilen und Befestigungseinrichtungen wurden verwendet, jedoch
führen diese alle zu komplexen und teueren Strukturen.
Es wurde auch vorgeschlagen, einen Überzug oder eine Hülse auf
die Außenseite der Segmente aufzubringen. Überzüge aus synthe
tischem Material wurden hierbei verwendet, jedoch glaubt man
von diesen nicht, daß sie so stark oder so flüssigkeitsresis
tent (bei flüssigkeitsgefüllten Motoren) wie Metall sind. Eine
Metallhülse bzw. ein Zylinder über den Segmenten, wie er aus
der vorgenannten US-PS 47 42 259 bekannt ist, soll sehr dünn sein,
da diese Hülse im Luftspalt zwischen dem Läufer und dem Ständer
liegt und das Feld im Luftspalt nicht wesentlich stören soll.
Bei wassergefüllten Tauchmotoren wird ein Zylinder aus dünnem
rostfreiem Stahl bevorzugt.
Bei einem Läufer, der eine dünne Metallhülse (Zylinder) wie
oben beschrieben über den Segmenten aufweist, soll der Zylinder
eine Restspannung aufweisen, so daß er eine starke Haltekraft
auf alle Segmente ausübt. Ein Problem hierbei rührt aus den
Eigenschaften der momentan erhältlichen Permanentmagnete mit
hoher Koerzitivkraft her. Die Magnete werden aus einem keramischen
Material gegossen, das sehr hart ist. Der Gießprozeß führt zu
Schwankungen in der Radialdicke der Segmente. Um nun sicherzu
stellen, daß der äußere Zylinder mit allen Magnetsegmenten in
Eingriff gelangt und diese hält, könnte man die Segmente auf
exakte Dickenwerte schleifen. Dies ist allerdings wieder ein
sehr teuerer Prozeß.
Bei einem bekannten Verfahren wird ein Metallzylinder über die
Segmente montiert, indem man den Innendurchmesser des Zylinders
anfangs geringfügig kleiner als den Außendurchmesser der Magnet
segmente macht. Der Zylinder wird aufgewärmt, um ihn aufzuwei
ten und dann über die Segmente geschoben und abgekühlt, so daß
er über die Segmente aufgeschrumpft wird. Dieses Verfahren führt
zu der gewünschten Restspannung im Zylinder, ist aber ein rela
tiv schwieriger Vorgang.
Aus der US-PS 47 59 116 ist eine Anordnung bekannt, bei der ein
Flüssigkeitsdruck von innen auf den Zylinder aufgebracht wird,
um ihn aufzuweiten. Daraufhin werden ein Metallkern und Magnet
segmente auf dem Kern in den aufgeweiteten Zylinder eingebracht.
Wenn der Innendruck entfernt wird, so zieht sich der Zylinder
zusammen und greift die Segmente. Diese Anordnung setzt aller
dings eine sehr komplexe abgedichtete Anordnung mit einer Kam
mer voraus.
Aus der US-PS 47 77 717 ist ein Verfahren zum Montieren von Mag
netsegmenten in einem zylindrischen Joch eines Motors bekannt.
Das Joch wird zunächst durch interne Expanderelemente plastisch
verformt, woraufhin die Elemente entfernt werden. Die Magnet
segmente werden dann anstelle dieser Elemente eingesetzt. Bei
Verwendung dieses Verfahrens ist keine Restspannung vorhanden.
Darüber hinaus wird ein Prozeß mit zwei Schritten vorausgesetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genann
te Verfahren, bei welchem ein Zylinder mit Magnetsegmenten ei
nes Läufers verbunden wird, dahingehend weiterzubilden, daß auf
einfache Weise eine hinreichend große Restspannung im Zylinder
erhalten wird.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs
1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen. Es folgt eine Beschreibung von
Ausführungsbeispielen, die anhand von Abbildungen näher erläu
tert werden. Hierbei zeigen:
Fig. 1 bis 6 Darstellungen zur Erläuterung von Zusammenbau
schritten in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform
der Erfindung;
Fig. 7 eine perspektivische Darstellung eines zusammengebauten
Läufers;
Fig. 8 bis 10 Darstellungen alternativer Motorkonstruktionen,
Fig. 11 und 12 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, und
Fig. 13 und 14 wieder eine weitere Ausführungsform der Erfin
dung.
Gemäß den Fig. 1 bis 7 umfaßt ein Läufer, der in Übereinstim
mung mit der vorliegenden Erfindung gefertigt ist, eine Läufer
welle 10, die einen Läuferkern 11 hält. Mehrere bogenförmige
Permanentmagnetsegmente 12 sind auf dem Außenumfang des Kerns
11 montiert. Über der äußeren (Umfangs-)Fläche der Segmente
12 ist ein dünnwandiger rohrförmiger Metallzylinder 13 montiert,
der an beiden äußeren Enden des Läufers einen Endabschnitt 14
aufweist, der radial nach innen gekrümmt ist und die axial
äußeren Enden der Magnetsegmente 12 überdeckt.
Die Läuferwelle 10 ist normalerweise aus Stahl gefertigt und
so ausgebildet, daß sie drehbar über Lager (nicht gezeigt) in
einem herkömmlichen Motorständer (ebenfalls nicht gezeigt) ge
lagert werden kann. Der Kern 11 ist im vorliegenden Fall aus
einem Stapel von scheibenförmigen Metall-Lamellen 16 gefertigt,
die aus magnetisierbarem Material bestehen. Der Stapel ist am
Außenumfang der Welle 10 befestigt, was durch Bildung einer
engen Preßpassung zwischen dem Innenumfang der Lamellen 16 und
dem Außenumfang der Welle 10 geschehen kann. Bei Motoren mit
größerer Leistung können die Lamellen auf der Welle aufgekeilt
werden. Anstatt den Kern 11 aus Lamellen (wie beschrieben) aus
zubilden, kann er auch aus einem massiven Zylinder bestehen,
der aus magnetisierbarem Material gefertigt und auf der Welle
10 befestigt ist. Weiterhin ist es auch möglich, die Welle 10
mit dem Kern zusammen auszuformen.
Die Permanentmagnetsegmente 12 können aus einem herkömmlichen
Material gefertigt und in der in Fig. 6 gezeigten Bogenform
gegossen sein. Vorzugsweise werden die Segmente 12 so wie ge
gossen verwendet, ohne sie weiter zu bearbeiten, da sie mei
stens aus keramischem Material bestehen, das extrem schwierig
zu bearbeiten ist. Hierbei ist es wünschenswert, sie so zu
gießen, daß sie ziemlich genau in Toleranzbereichen liegen, so
daß man sie nicht hinterher über teuere Bearbeitungsschritte
feinbearbeiten muß. Mit Toleranzen in der Größenordnung von
±0,05 bis 0,127 mm in radialer Richtung variiert im zusammen
gebauten Zustand des Kerns der Durchmesser der Einzelteile der
Segmente, die 180° auseinanderliegen, um einen Betrag, welcher
der Wandstärke des Stahlzylinders 13 vergleichbar ist, der
über ihnen mit einer Restspannung anzubringen ist.
Der äußere Zylinder 13 besteht vorzugsweise aus einem relativ
dünnen rostfreien Stahlblech in Form eines Rohres. So zum Bei
spiel eignet sich rostfreier Stahl vom Typ 300 mit einer Dicke
(für einen Motor mit niedriger Leistung) von 0,127 bis 0,254
mm. Einen solch dünnen Zylinder über eine Fläche mit Durchmes
serschwankungen wie oben beschrieben zu pressen bzw. zu schie
ben, ist eine praktisch unmögliche Aufgabe.
Vor dem Zusammenbau mit dem Kern 11 und den Magnetsegmenten 12
bildet der Zylinder 13 ein gestrecktes Rohr, wobei die gesamte
(über alles-) Länge des Zylinders entlang seiner Achse länger
ist als die Axiallänge des Kerns 11 und der Magnetsegmente 12.
Der normale Innendurchmesser des Zylinders ohne Spannung ist
geringfügig kleiner als der Außendurchmesser der Magnetsegmen
te 12, wenn diese auf den Kern 11 montiert sind. Wenn somit
der Zylinder 13 auf den Magnetsegmenten 12 sitzt, so besteht
eine Restspannung im Zylinder 13. Zunächst erstrecken sich die
Endabschnitte 14 des Zylinders 13 axial über beide Enden des
Kerns 11 hinaus.
Der Läufer wird in Übereinstimmung mit dieser Erfindung so zu
sammengebaut, indem man zunächst die bogenförmigen Magnetseg
mente 12 in Form eines rohrförmigen Zylinders zusammensetzt.
Sechs bogenförmige Segmente 12 sind bei der hier gezeigten Aus
führungsform vorgesehen. Ihre Längskanten sind vorzugsweise
zur Radialrichtung geneigt, wenn diese Kanten nahe zueinander
gebracht werden, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Die Magnet
anordnung weist einen Außendurchmesser auf, der geringfügig
geringer als der Innendurchmesser des Zylinders 13 in seinem
ungedehnten Zustand ist. Die Magnetanordnung wird dann, wie
in Fig. 3 gezeigt, ins Innere des Zylinders 13 gebracht, wie
dies in Fig. 3 gezeigt ist. Die Endabschnitte 14 bilden Über
hänge, die über die Enden der Magnetanordnung ragen.
Wie in Fig. 3 gezeigt, werden ein Preßring 21 und ein
Distanzstück 22 in den Zylinder 13 eingeführt und gegen die
Endflächen der Segmente 12 positioniert. Der Innen- und der
Außendurchmesser des Preßrings 21 und des Distanzstücks 22
sind im wesentlichen gleich denen der Magnetanordnung. Der
Preßring 21 und das Distanzstück 22 füllen die Räume innerhalb
der Überhänge der Endabschnitte 14. Der Preßring 21 umfaßt
weiterhin einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch
23, der über die Endkante des Zylinders 13 hinausragt.
Der Rotor wird zusammengebaut unter Verwendung eines zylindri
schen Dorns 26, der einen gerade gestreckten Abschnitt 27 und
einen zugespitzten Abschnitt 28 aufweist. Eine Schulter 29
trennt die beiden Abschnitte 27 und 28. Der gerade Abschnitt
27 weist einen geringeren Durchmesser als das angrenzende Ende
des zugespitzten Abschnittes 28 auf. Der Durchmesser des gera
den Abschnittes 27 ist weiterhin geringfügig kleiner als der
jenige der Läuferwelle 10.
Die Lamellen 16 werden nun auf dem geraden Abschnitt 27 mon
tiert und Enddeckel 31 werden an den Enden des Stapels ange
bracht. Bei dieser Ausführungsform sind die Enddeckel 31 dicker
als die einzelnen Lamellen 16, weisen aber denselben Innen- und
Außendurchmesser auf. Die Lamellen werden bis zur Schulter 29
geschoben und ein Spreizkern 32 (siehe Fig. 3 und 4) wird auf
dem zugespitzten Abschnitt 28 positioniert. Der Abschnitt 28
und die Innenfläche des Kerns 32 weisen dieselbe Zuspitzung
auf. Der Durchmesser des Kerns im ungedehnten Zustand ist
geringfügig kleiner als derjenige der Öffnung in den Magnet
segmenten 12.
Der Kern 32 wird dann in der Öffnung der Magnetsegmente 12 posi
tioniert und der Dorn 26 wird nach links relativ zum Kern 32
und den Segmenten 12 verschoben (siehe Fig. 3 und 4). Durch die
angespitzte Form des Abschnittes 28 werden der Kern 32 und die
Magnetsegmente 12 aufgespreizt, wodurch die Segmente 12 gegen
den Zylinder 13 drücken und diesen strecken und ausdehnen. Die
Teile sind so dimensioniert, daß dann, wenn der Kern 32 wie in
Fig. 4 gezeigt, gegen den Lamellenstapel geschoben wird, der
Innendurchmesser der Segmente 12 geringfügig größer als der
Außendurchmesser der Lamellen 16 ist. Die Gesamtanordnung be
stehend aus Dorn 26, Kern 32 und Lamellen 16 wird dann nach
links relativ zu den Segmenten 12 verschoben, wie dies durch
Pfeile in Fig. 4 bezeichnet ist. Der Preßring 21 steht natür
lich mit einem Organ (nicht gezeigt) in Eingriff, welches die
Segmente 12 und den Zylinder 13 gegenüber einer Bewegung nach
links festhält. Nun werden der Kern 32 aus der von den Segmen
ten 12 geformten Öffnung heraus und gleichzeitig der Lamellen
stapel in die Öffnung hinein bewegt. Wenn der Kern 32 ganz aus
der Öffnung ausgetreten ist, so bewirkt die Spannung im ge
streckten Zylinder 13, daß dieser zusammen mit den Segmenten
12 sich nach innen zusammenzieht. Die Segmente werden eng an
die Außenfläche des Lamellenstapels gepreßt. Wenn der Kern 32
den Zylinder 13 aufdehnt, so liegt diese Dehnung nicht über
der Elastizitätsgrenze des Zylinders und der Durchmesser des
Zylinders im zusammengebauten Zustand ist größer als der nor
male bzw. unexpandierte Durchmesser. Demzufolge verbleibt eine
Restspannung im Zylinder, welche die Segmente gegen den Kern
11 preßt.
Der Dorn 26 wird dann aus den Lamellen genommen und der Preß
ring 21 sowie der Distanzring 22 werden entfernt, wie dies in
Fig. 5 gezeigt ist. Die Läuferwelle 10 (die einen geringfügig
größeren Durchmesser als der Abschnitt 27 des Dorns aufweist),
wird in die Lamellen gepreßt, wobei die Teile so dimensioniert
sind, daß sie eine enge Preßpassung oder einen Reibsitz bilden.
Die Läuferanordnung wird dann gedreht und die Endabschnitte 14
des Zylinders werden radial nach innen gedreht oder gerollt.
Bei dem Beispiel nach den Fig. 1 bis 6 sind die Endabschnitte
14 lang genug, daß sie die Enddeckel 31 überlappen. Dadurch
schließen sie die Lamellen und die Magnetsegmente ein und
schützen sie. Die Endabschnitte 14 verhindern weiterhin eine
Axialverschiebung der Segmente 12.
Die Anordnung nach Fig. 8 ist ähnlich der nach den Fig. 1 bis
7 mit Ausnahme der Enddeckel. Beim Motor nach Fig. 8 werden die
Enddeckel 33 auf beide Enden der Rotorlamellen 34 gesetzt, nach
dem Magnetsegmente 35 und der äußere Zylinder 36 mit den Lamel
len zusammengebaut wurden. Die scheibenförmigen Enddeckel 33
erstrecken sich radial von der Läuferwelle 37 bis zur inneren
Fläche des äußeren Zylinders 36. Die Endabschnitte des äußeren
Zylinders werden nach innen gedreht und überlappen die End
deckel, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Im übrigen entsprechen
die Konstruktion und das Zusammenbauverfahren des Läufers nach
Fig. 8 denjenigen nach Fig. 1 bis 7.
Durch diese Konstruktion hält der gespannte Zylinder 13 die
Magnetsegmente 12 auf dem Kern 11. Dieser Metallzylinder ist
stark genug, um den Zentrifugalkräften bei Drehung des Läufers
mit hoher Drehzahl zu widerstehen. Weiterhin klemmt die Rest
spannung im Zylinder 13 die Magnetsegmente 12 eng gegen die
Außenumfangsfläche des Kerns 11. Diese Passung ist normaler
weise eng genug, daß der Reibeingriff zwischen den Magnetseg
menten und den Lamellen des Kerns 11 verhindert, daß die Mag
netsegmente 12 eine Winkelverschiebung (in Umfangsrichtung)
auf dem Kern 11 durchführen. Wenn jedoch die Möglichkeit be
steht, daß die Magnetsegmente 12 sich um den Kern 11 drehen,
so kann der Kern 11 mit Vorsprüngen in Winkelabständen verse
hen sein, wie dies mit den Vorsprüngen 21 nach Fig. 6 des US-
Patentes 47 42 259 gezeigt ist. In Fig. 9 sind diese Vorsprün
ge mit der Bezugsziffer 38 versehen. Die Vorsprünge 38 sind
in die Lamellen eingeformt und zwischen aneinandergrenzenden
Kanten der Magnetsegmente 39 plaziert. Solche Vorsprünge 38
bilden Luftspalte zwischen aneinandergrenzenden Segmenten und
dienen dazu, in Winkelrichtung (Drehrichtung) die Magnetsegmen
te 39 in korrekt beabstandeten Positionen auf dem Kern zu hal
ten. Weiterhin verhindern die Vorsprünge, daß die Magnetseg
mente 39 sich in Umfangsrichtung beim Laufen des Motors ver
schieben.
Anstelle von Vorsprüngen 38 können nicht-magnetische Streifen
41 (siehe Fig. 10) zwischen aneinandergrenzende Segmente ein
geschoben werden, um diese voneinander zu trennen. Vorzugswei
se weist mindestens ein Streifen 41 eine Radialbreite auf, die
groß genug ist, um in einen axialen Schlitz oder eine Keilnut
43 zu inserieren, die am Außenumfang der Kernlamellen 44 vor
gesehen ist, um so eine Bewegung der Segmente in Drehrichtung
zu verhindern. Derartige Streifen 41 werden eingesetzt, nach
dem die Segmente 42 und der äußere Zylinder 45 mit den Lamel
len zusammengebaut sind, aber bevor die Enden des Zylinders 45
nach innen gebogen wurden.
Im folgenden wird ein Dimensionierungsbeispiel eines Läufers
gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert:
- 1) Zylinder 13, rostfreier Stahl: 0,127 mm dick;
- 2) Zylinder 13 gespannt nach dem Zusammenbau:
Außendurchmesser 50,8 mm
Zylinder 13 normaler Außendurchmesser vor dem Zusammenbau (als Halbzeug): 50,698 mm; - 3) Außendurchmesser der Kernlamellen 16: 38,1 mm;
- 4) Innendurchmesser der Zylinder/Magnetanordnung mit dem Kern 32 in der nicht-gespannten Position: 37,998 mm;
- 5) Kern 32 vor Abführung der Zylinder/Magnetanordnung zur endgültigen Plazierung auf den Kernlamellen 16: 38,1127 mm;
- 6) der Innendurchmesser der Zylinder/Magnetanordnung geht zurück auf den Außendurchmesser der Kernlamellen, wenn die Zylinder/Magnetanordnung den Kern verläßt.
Die Dimensionierung des Zylinders 13 von 50,6984 mm entspricht
der Gesamtverformung um 0,1 mm, was innerhalb der Elastizitäts
grenze von rostfreiem Stahl liegt, so daß der Zylinder die Mag
netanordnung mit einer Kraft umgreift, deren Betrag hoch genug
ist, um Zentrifugalkräften bei der Maximaldrehzahl zu wider
stehen, die der Motor im Betrieb annimmt.
In der Praxis wird die Dicke des Zylinders 13 durch seine Fähig
keit festgelegt, die Zentrifugalkraft ohne Überschreitung der
Spannungsgrenze oder der Elastizitätsgrenze des verwendeten
rostfreien Stahls zu überschreiten.
In den Fig. 1 bis 6 bildet der Spreizkern eine Spreizeinrich
tung, der Kern zusammen mit der Läuferwelle bildet Halteein
richtungen für die Segmente und den äußeren Zylinder. Die Fig.
11 bis 14 zeigen eine andere bevorzugte Ausführungsform der
Aufspreizeinrichtungen und der Halteeinrichtungen. In den Fig.
11 und 12 wird eine Anordnung 109 aus mehreren Magnetsegmenten
112 in einem äußeren Zylinder 113 vorgesehen, wie dies oben
beschrieben wurde. Die Anordnung 109 wird in einer Halteeinrich
tung montiert, die bei diesem Beispiel von einem Spannstück
117 und einem stationären Träger 118 gebildet ist. Das Spann
stück weist einen äußeren Hülsenabschnitt 119 und einen inne
ren Endabschnitt 120 auf. Der Durchmesser des Hülsenabschnit
tes 119 ist geringfügig größer als der End- oder Zusammenbau
durchmesser des Zylinders 113, so daß ein Spalt zwischen dem
Zylinder 113 und dem Spannstück (außen) besteht. Der Endab
schnitt 120 erstreckt sich bis in ein Ende des Zylinders 113
hinein und steht mit den Endflächen der Magnetsegmente 112 in
Eingriff, so daß er ein Abstandsstück und einen Anschlag zum
Halten der Segmente bildet. Beim Rotor, der nach dem Verfahren
gemäß den Fig. 11 und 12 gebildet wird, ist kein Lamellenkern
wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 6 vorgesehen.
Anstelle dessen ist eine Läuferwelle 110 vorgesehen, die außer
dem die Segmente 112 spreizt. Die Rotorwelle 110 umfaßt einen
Abschnitt 122 mit geringerem Durchmesser, einen Abschnitt 123
mit größerem Durchmesser und einen sich verjüngenden mittleren
Abschnitt 124. Der Abschnitt 122 mit geringerem Durchmesser ist
so dimensioniert, daß er locker in die von den Segmenten 112
gebildete Mittelöffnung inserieren kann. Der Abschnitt 123 mit
größerem Durchmesser ist so dimensioniert, daß er mit den
Innenflächen der Segmente 113 in Eingriff gelangt und diese
radial nach außen drückt. Der sich verjüngende Abschnitt 124
bildet in diesem Falle die Aufspreizungseinrichtung und er
leichtert das Hineinschlüpfen des Abschnitts 123 mit größerem
Durchmesser in die Mittelöffnung. Der Abschnitt 123 mit größe
rem Durchmesser weist einen Radius auf, der um einen Betrag
126 größer ist als der Radius des Wellenabschnittes 122. Der
Durchmesser des dickeren Abschnittes 123 ist so dimensioniert,
daß er die Segmente 112 und den Zylinder 113 in ihrem
aufgeweiteten oder endgültigen Zusammenbauzustand hält, wie
dies oben beschrieben ist, um eine Restspannung im Zylinder
hervorzurufen, welche die Segmente in enger Beziehung im zu
sammengebauten Zustand mit der Welle hält. Die Welle 123 wie
derum bildet einen bleibenden Teil der Anordnung und einen
Halter für die Segmente und den Zylinder. Der Endabschnitt 127
kann einen geringeren Durchmesser haben, der im wesentlichen
gleich dem des Abschnittes 122 ist, so daß Lager mit gleicher
Dimensionierung an beiden Enden der Welle 110 montierbar sind.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß den Fig. 11 und 12 wird
vorzugsweise mit Magnetsegmenten verwendet, die relativ dicke
radiale Abmessungen aufweisen. Nachdem keramisches Magnetmate
rial relativ brüchig ist, werden dicke Magneten bevorzugt, so
daß diese unter der Spannung nicht brechen, wenn der sich ver
jüngende Abschnitt 124 durch die Segmente hindurchgedrückt wird.
Das Verfahren nach den Fig. 13 und 14 ist etwas ähnlich dem
nach den Fig. 11 und 12 mit Ausnahme der Tatsache, daß ein
Lamellenkern vorgesehen ist. Eine Anordnung 209 aus Magnet
segmenten 212 und ein äußerer Zylinder 213 werden auf einem
Spannstück montiert, das ähnlich dem Spannstück 117 nach den
Fig. 11 und 12 ist. Hier sei auch angemerkt, daß beim Verfah
ren nach den Fig. 1 bis 10 ebenfalls ein solches Spannstück
verwendbar ist, anstelle des Druckrings 21. Ein Lamellenkern
211 wird eng auf einer Welle 210 mit geradem Durchmesser
(zylindrische Welle) befestigt. Ein sich verjüngender Ring 221,
der die Aufweitungseinrichtungen bildet, wird auf der Welle 210
vor dem Kern 211 positioniert. Der Ring 221 weist ein vorderes
dünnes Ende 222 mit geringerem Durchmesser und ein hinteres
dickeres Ende 223 mit größerem Durchmesser auf. Das Ende 222
ist so dimensioniert, daß es leicht in die Mittelöffnung der
Magnetsegmente 212 eintreten kann. Das hintere dicke Ende 223
weitet die Segmente auf und hat im wesentlichen denselben Durch
messer wie der Kern 211.
Nachdem die Anordnung 209 auf dem Spannstück 217 positioniert
und der Kern 211 sowie der Ring 221 auf der Welle montiert sind,
werden der Ring 221 und der Kern 211 durch die Magnetsegmente
hindurchgezwängt. Die Segmente und der äußere Zylinder 213 wer
den durch den Ring 221 aufgeweitet und bis zur endgültigen
Montagedimension gestreckt. Der Ring wird ganz durch die Seg
mente hindurchgepreßt, wie in Fig. 14 gezeigt, und dann von
der Welle 210 entfernt. Der Kern 211 und die Welle 210 bilden
dann die Halteeinrichtung. Das Verfahren nach den Fig. 13 und
14 wird vorzugsweise mit relativ dicken oder starken Magnet
segmenten verwendet, so daß die Segmente nicht brechen, wenn
der Ring 221 durch die Segmente gepreßt wird.
Aus obigem ergibt sich, daß mit der Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung von Permanentmagnetläufern für drehende elektri
sche Maschinen (Elektromotoren) vorgestellt wird. Die Perma
nentmagnetsegmente werden zunächst mit einem äußeren Zylinder
zusammengebaut und dann gegen den äußeren Zylinder auseinander
gespreizt, so daß Dickenschwankungen der Magnetsegmente auf
den Zylinder übertragen werden. Dieses Verfahren ist wesentlich
effektiver und weniger komplex als der Versuch, einen sehr
dünnen Zylinder über die Magnete zu ziehen, nachdem die Mag
nete auf einer Welle oder einem Kern montiert wurden. Der
äußere Metallzylinder hält die Permanentmagnetsegmente gegen
eine radiale Bewegung nach außen aufgrund von Zentrifugalkräf
ten sowie gegen eine axiale Bewegung ortsfest.
Claims (15)
1. Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagnetläufers für
einen Elektromotor, wobei der Läufer einen im wesentlichen zylindrischen
Läuferkern, eine Vielzahl von bogenförmigen Permanentmagnetsegmenten
und einen dünnwandigen Metallzylinder umfaßt,
die Innenflächen der Segmente im wesentlichen der Außenfläche
des Läuferkerns und die Außenflächen der Segmente im wesentlichen
der Innenfläche des Zylinders entsprechen,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- a) die Segmente werden im Inneren des Zylinders in im wesentlichen gleichförmigen, winkelbeabstandeten Positionen positioniert, um eine kreisförmige Innenöffnung zu bilden;
- b) eine Aufspreizeinrichtung wird in die Innenöffnung eingeführt;
- c) die Aufspreizeinrichtung wird aufgespreizt, so daß die Segmente nach außen gedrückt werden und den Zylinder spannen, um den Durchmesser des Zylinders elastisch zu vergrößern, wobei die Aufspreizeinrichtung bis zu einem Durchmesser aufgeweitet wird, der mindestens dem Durchmesser des Läuferkerns entspricht;
- d) die Aufspreizeinrichtung wird aus der Innenöffnung der Segmente entfernt, wobei gleichzeitig der Läuferkern in die Innenöffnung eingeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufspreizeinrichtung einen Spreizkern umfaßt, der nach
außen bewegt wird, um die Segmente zu verschieben.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufspreizeinrichtung einen sich verjüngenden Abschnitt
einer Welle umfaßt.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Läuferkern einen Abschnitt der Welle mit stetigem
Durchmesser umfaßt.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufspreizeinrichtung einen sich verjüngenden Ring umfaßt.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Läuferkern den Ring verschiebt.
7. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Läuferkern eine Vielzahl von radialen Vorsprüngen an
seiner Außenumfangsfläche aufweist, und daß die Vorsprünge zwischen
den Segmenten positioniert werden, wenn der Läuferkern
in die Innenöffnung eingeschoben wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß nicht-magnetische Abstandshalter zwischen aneinander grenzende
Magnetsegmente eingeführt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß in die Außenfläche des Läuferkerns eine sich axial erstreckende
Keilnut eingeformt wird, und daß eines der Abstandselemente
in der Keilnut positioniert wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß Endkappen an den Enden des Kerns positioniert werden,
und daß Endabschnitte des Zylinders radial nach innen gebogen
werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß Endabschnitte des Zylinders radial nach innen gebogen
werden.
12. Vorrichtung zur Herstellung eines Permanentmagnetläufers,
wobei der Läufer einen Läuferkern (11, 123, 211), eine Vielzahl
von bogenförmigen Magnetsegmenten (12, 112, 212) und
einen dünneren äußeren Zylinder (13, 113, 213) umfaßt, die
Segmente (12, 112, 212) in winkelbeabstandeten Positionen im
Zylinder (13, 113, 213) sitzen und der Zylinder eine Restspannung
aufweist und die Segmente radial nach innen spannt,
gekennzeichnet durch
eine Aufspreizeinrichtung (28, 32; 122, 124; 221) zum Verschieben
der Segmente (12, 112, 212) radial nach außen um einen Betrag,
der den Zylinder (13, 113, 213) elastisch dehnt aber
nicht plastisch verformt, um so eine Restspannung zu erzeugen,
wobei der Läuferkern (11, 123, 211) die Segmente (12, 112, 212)
in ihrer radial nach außen verschobenen Position hält.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufspreizeinrichtung einen Spreizkern (32) umfaßt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufspreizeinrichtung einen sich verjüngenden Abschnitt
(124) einer Welle (110) und der Läuferkern einen Abschnitt
(123) stetigen Durchmessers der Welle (110) umfassen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufspreizeinrichtung einen sich verjüngenden Ring
(221) und der Läuferkern einen Abschnitt (123) stetigen Durchmessers
einer Welle (210) umfassen.
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