DE8900963U1 - Rotor for an electrical machine - Google Patents

Rotor for an electrical machine

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    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
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Description

RAU & SCHNECKROUGH & SNAIL PATENTANWÄLTEPATENT ATTORNEYS

DIPL.-ING. DR. MANFRED RAU DIPL-PHYS. DR. HERBERT SCHMECK ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMTDIPL.-ING. DR. MANFRED RAU DIPL-PHYS. DR. HERBERT SCHMECK AUTHORIZED REPRESENTATIVE AT THE EUROPEAN PATENT OFFICE

VNR: 106 984 Nürnberg, 27.01.1989 VNR: 106 984 Nuremberg, 27.01.1989

R/GrR/Gr

Frankl & Kirchner GmbH & Co KG Fabrik für Elektromotoren u. elektrische Apparate, Scheffelstrasse 73, 6830 Schwetzingen/BadenFrankl & Kirchner GmbH & Co KG Factory for electric motors and electrical devices, Scheffelstrasse 73, 6830 Schwetzingen/Baden

"Rotor für eine elektrische Maschine""Rotor for an electric machine"

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a rotor for an electrical machine according to the preamble of claim 1.

Bei einem derartigen aus der DE-PS 34 15 607 bekannten Rotor sind die Stirnscheiben aus Metall angegossen. Um ein blasenfreies Angießen zu ermöglichen, sind die beiden Stirnscheiben mittels eines eine Durchgangsbohrung des Rotor-Blechpaketes durchsetzenden Gießtrichters miteinander verbunden. Zweck dieser stirnseitig aus Metall angegossenen ftirnscheiben ist es, am stirnseitigen Ende des Rotors einen Ansatz aus magnetischem Material vorzusehen. Dieser aus Rotor-Blechpaket, Permanentmagneten und einstückig angegossenen In a rotor of this type, known from DE-PS 34 15 607, the front discs are cast from metal. In order to enable bubble-free casting, the two front discs are connected to one another by means of a pouring funnel that passes through a through hole in the rotor laminated core. The purpose of these front discs cast from metal on the front side is to provide a projection made of magnetic material on the front end of the rotor. This consists of the rotor laminated core, permanent magnets and cast-on magnets.

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metallischen Stirnscheiben bestehende Rotorkern wird auf einer zylindrischen Welle befestigt.The rotor core, consisting of metallic end disks, is mounted on a cylindrical shaft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotor der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß eine axiale und tangentiale Festlegung des Rotor-Blechpakets samt Permanentmagneten auf der Welle in sehr einfacher Weise möglich ist.The invention is based on the object of designing a rotor of the generic type in such a way that an axial and tangential fixing of the rotor laminated core together with the permanent magnets on the shaft is possible in a very simple manner.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 gelöst. Das Rotor-Blechpaket einschließlich der vorher auf diesem befestigten Permanentmagneten wird so auf die Welle aufgeschoben, daß die Keilnut im Rotor-Blechpaket und die Längs-Nut in der Welle miteinander fluchten. Anschließend wird an diese Einheit der Rotorkäfig angespritzt, d.h. es werden die beiden Stirnscheiben und gleichzeitig die Paßfeder angespritzt, indem der durch die Keilnut und die Längs-Nut begrenzte Raum mit Kunststoff ausgespritzt wird. Dieser verbindet sich unmittelbar mit dem Metall, d.h. üblicherweise dem Stahl, der Welle und dem Metall des magnetisierbaren Rotor-Blechpakets. Durch die in den Ansprüchen 2 und angegebenen Ausgestaltungen der Längs-Nut wird zwischen der Paßfeder und der Welle und damit zwischen dem Rctorkäfig und der Welle zusätzlich zu dem ohnehin vorhandenen Formschluß in tangentialer Richtung und dem Kraftschluß in axialer Richtung noch ein Formschluß in axialer Richtung und damit eine besonders feste Verbindung erreicht. Durch die Maßnahmen nach Anspruch 4 wird die Stabilität der Verbindung zwischen Rotorkäfig und Welle weiter verbessert.This object is achieved according to the invention by the features in the characterizing part of claim 1. The rotor lamination stack, including the permanent magnets previously attached to it, is pushed onto the shaft in such a way that the keyway in the rotor lamination stack and the longitudinal groove in the shaft are aligned with one another. The rotor cage is then injection-molded onto this unit, i.e. the two end disks and the feather key are injection-molded at the same time by injecting plastic into the space delimited by the keyway and the longitudinal groove. This bonds directly to the metal, i.e. usually the steel, the shaft and the metal of the magnetizable rotor lamination stack. The configuration of the longitudinal groove specified in claims 2 and 3 results in a positive connection in the axial direction between the key and the shaft and thus between the rotor cage and the shaft, in addition to the already existing positive connection in the tangential direction and the force connection in the axial direction, and thus a particularly strong connection. The measures according to claim 4 further improve the stability of the connection between the rotor cage and the shaft.

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Zusätzlich zu den geschilderten Maßnahmen kann auch noch eine in axialer Richtung wirkende formschlUssige Verbindung nach den Ansprüchen 5 und 6 vorgesehen sein.In addition to the measures described, a positive connection acting in the axial direction according to claims 5 and 6 can also be provided.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfuhrungsbeispieles anhand der Zeichnung. Es zeigtFurther advantages and features of the invention emerge from the following description of an embodiment based on the drawing. It shows

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Rotor nach der Erfindung mit teilweise aufgebrochen dargestellter Welle entsprechend der Schnittlinie I-I in Fig. 3,Fig. 1 is a longitudinal section through a rotor according to the invention with the shaft partially broken away along section line I-I in Fig. 3,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Rotor gemäß der Schnittlinie H-II in Fig. 1 undFig. 2 a cross section through the rotor according to the section line H-II in Fig. 1 and

Fig. 3 eine Stirnansicht des Rotors gemäß dem Sichtpfeil III in Fig. 1.Fig. 3 is a front view of the rotor according to the arrow III in Fig. 1.

Der in der Zeichnung dargestellte Rotor weist eine zylindrische Welle 1 auf. Auf dieser Welle 1 sind radial spielfrei zu einem Rotor-Blechpaket 2 paketierte Rotorbleche 3 aus magnetisierbarer!! Eisen angeordnet. Das Paketieren der Rotorbleche 3 zu einem Rotor-Blechpaket 2 erfolgt in bekannter Weise vor dem Aufschieben des Rotor-Blechpakets 2 auf die Welle 1.The rotor shown in the drawing has a cylindrical shaft 1. Rotor laminations 3 made of magnetizable iron are arranged on this shaft 1, radially free of play, to form a rotor lamination package 2. The laminations 3 are packaged to form a rotor lamination package 2 in a known manner before the rotor lamination package 2 is pushed onto the shaft 1.

In der Welle 1 ist eine an ihrem Außenumfang ausgebildete, parallel zu ihrer Mittel-Längs-Achse 4 verlaufende Längs-Nut 5 ausgebildet, die - wie Fig. 1 erkennen läßt - über ihre Längserstreckung keinen gleich-In the shaft 1, a longitudinal groove 5 is formed on its outer circumference, running parallel to its central longitudinal axis 4, which - as can be seen in Fig. 1 - does not have a uniform

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bleibenden Querschnitt aufweist. Im dargestellten AusfUhrungsbeispiel weist die Nut 5 in ihrem mittleren Abschnitt eine den Querschnitt der Nut 5 verringernde Erhebung 6 auf. Weiterhin weist sie an ihren Enden ebenfalls zu einer Querschnittverringerung führende Schrägflächen 7 auf.remaining cross-section. In the exemplary embodiment shown, the groove 5 has a raised section 6 in its middle section which reduces the cross-section of the groove 5. Furthermore, it has inclined surfaces 7 at its ends which also lead to a reduction in the cross-section.

Die Welle 1 ist unmittelbar neben den Stirnseiten 8. des Rotor-Blechpakets 2 jeweils mit einer umlaufenden Ringnut 10 versehen.The shaft 1 is provided with a circumferential annular groove 10 immediately next to the end faces 8 of the rotor laminated core 2.

Auf dem Rotor-Blechpaket 2 sind über den Umfang verteilt jeweils vier Permanentmagnete 11 mit jeweils abwechselnder Polarität angeordnet. Zwischen einander benachbarten Permanentmagneten 11 sind Spalte 12 ausgebildet. In diesen Spalten 12 liegen die Permanentmagnete 11 jeweils positioniert gegen entsprechende radial vorragende Vorsprünge 13 des Rotor-Blechpakets an, wodurch Tangentialkräfte zwischen den Permanentmagneten 11 und dem Rotor-Blechpaket 2 aufgenommen werden. Im übrigen sind die Permanentmagnete 11 mit dem Rotor-Blechpaket 2 mittels einer Klebstoffschicht 14 verbunden.Four permanent magnets 11, each with alternating polarity, are arranged on the rotor laminated core 2, distributed around the circumference. Gaps 12 are formed between adjacent permanent magnets 11. In these gaps 12, the permanent magnets 11 are positioned against corresponding radially projecting projections 13 of the rotor laminated core, whereby tangential forces between the permanent magnets 11 and the rotor laminated core 2 are absorbed. The permanent magnets 11 are also connected to the rotor laminated core 2 by means of an adhesive layer 14.

Wie Fig. 1 entnehmbar ist, sind in axialer Richtung hintereinander jeweils zwei Permanentmagnete vorgesehen. As can be seen in Fig. 1, two permanent magnets are provided one behind the other in the axial direction.

Das Rotor-Blechpaket 2 ist samt den Permanentmagneten 11 mittels eines Rotorkäfigs 15 formschlüssig und zwar drehfest und axial unverschiebbar, mit der Welle 1The rotor lamination package 2 together with the permanent magnets 11 is positively connected to the shaft 1 by means of a rotor cage 15, namely in a rotationally fixed and axially immovable manner.

verbunden. Dieser Rotorkäfig 15 besteht aus spritzfähigem Kunststoff und wird nach dem Aufschieben des Rotor-Blechpaketes 2, auf dem zuvor die Permanentmagnete 11 befestigt sind, an die Welle 1 angespritzt. Er besteht im wesentlichen aus zwei Stirnscheiben 16, 17 und einer diese Stirnscheiben 16, 17 einstückig miteinander verbindenden Paßfeder 18. Die Stirnscheiben 16. 17 erstrecken sich bis zum Umfana der Permanentmagnete 11, sind also mit diesen durchmessergleich. Sie füllen jeweils eine Ringnut 10 aus, sind also hierdurch axial gegenüber der Welle 1 festgelegt und liegen dicht gegen die jeweilige Stirnseite 8 bzw. 9 des Rotor-Blechpaketes an. Jede Stirnscheibe 16 bzw. 17 weist einen sich nach außen, also vom Rotor 2 weg erstreckenden hUlsenförmigen Nabenansatz 19 auf, der jeweils das zugeordnete, mit einer Schrägfläche 7 ausmündende Ende der Nut 5 überdeckt.This rotor cage 15 is made of injection-moldable plastic and is injection-molded onto the shaft 1 after the rotor laminated core 2, on which the permanent magnets 11 are previously attached, has been pushed on. It essentially consists of two end plates 16, 17 and a key 18 that connects these end plates 16, 17 together in one piece. The end plates 16, 17 extend to the circumference of the permanent magnets 11, and thus have the same diameter as them. They each fill an annular groove 10, and are thus axially fixed relative to the shaft 1 and lie tightly against the respective end face 8 or 9 of the rotor laminated core. Each end disk 16 or 17 has a sleeve-shaped hub extension 19 extending outwards, i.e. away from the rotor 2, which covers the associated end of the groove 5 which opens out with an inclined surface 7.

Wie die Fig. 1 und 3 erkennen lassen, sind in den Stirnscheiben 16, 17 jeweils im Abstand von 90° radial benachbart zum Nabenansatz 19 vier Löcher 20 ausgebildet. Diese Löcher 20 sind durch Zentrierstifte im Spritzwerkzeug gebildet, mittels deren das Rotor-Blechpaket beim Spritzen in exakt axial und tangential zentrierter Lage relativ zur Welle 1 gehalten wird.As can be seen from Fig. 1 and 3, four holes 20 are formed in the end disks 16, 17 at a distance of 90° radially adjacent to the hub shoulder 19. These holes 20 are formed by centering pins in the injection molding tool, by means of which the rotor laminated core is held in a precisely axially and tangentially centered position relative to the shaft 1 during injection molding.

Die Paßfeder 18 füllt die Nut 5 und eine dieser in der Breite angepaßte Keilnut im Rotor-Blechpaket 2 aus, wie den Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist. Beim Spritzen der Paßfeder 18 ist die Keilnut 21 exakt über der Nut 5 ausgerichtet. Hierdurch wird das Rotor-Blechpaket 2 drehfest mit der Welle 1 verbunden. Gleichzeitig istThe key 18 fills the groove 5 and a keyway in the rotor lamination stack 2 that is adapted to the width of the keyway, as can be seen in Fig. 1 and 2. When the key 18 is molded, the keyway 21 is aligned exactly over the groove 5. This means that the rotor lamination stack 2 is connected to the shaft 1 in a rotationally fixed manner. At the same time,

die Paßfeder 18 in Richtung der Achse 4 gegenüber der Welle 1 unverschiebbar, d.h. das zwischen den Stirnscheiben 16, 17 eingespannte Rotor-Blechpaket mit dem Permanentmagneten 11 ist nicht nur durch die in die Ringnuten 10 eingreifenden Stirnscheiben 16, 17, sondern insbesondere durch den Formschluß zwischen Paßfeder 18 und Nut 5 axial fest mit der Welle 1 verbunden. Die Welle 1 - wie Fig. 1 erkennen läßt - im gesamten Bereich des Rotor-Blechpaketes 2 und der Stirnscheiben 16, 17 zylindrisch mit gleichbleibendem Durchmesser ausgebildet; erst die sich beidseits anschließenden Lagerzapfen 22 der We'ile 1 sind gegenüber dieser verjüngt ausgebildet.the key 18 cannot be moved in the direction of the axis 4 relative to the shaft 1, i.e. the rotor laminated core with the permanent magnet 11 clamped between the end disks 16, 17 is firmly connected axially to the shaft 1 not only by the end disks 16, 17 engaging in the annular grooves 10, but in particular by the positive connection between the key 18 and the groove 5. The shaft 1 - as can be seen in Fig. 1 - is cylindrical with a constant diameter in the entire area of the rotor laminated core 2 and the end disks 16, 17; only the bearing pins 22 of the shaft 1 on both sides are tapered relative to this.

An den Stirnscheiben 16, 17 sind parallel zur Achse 4 vorspringende und gleichmäßig über den Umfang verteilt mehrere, beispielsweise 12 Zapfen 23 zum nachträglichen Aufsetzen und Falten von Unwuchtringen, d.h. von Gewichten zum Ausgleich von Unwuchten, einstückig angespritzt. On the front disks 16, 17, several, for example 12, pins 23 are integrally molded onto the front disks 16, 17, projecting parallel to the axis 4 and evenly distributed over the circumference for the subsequent attachment and folding of unbalance rings, i.e. weights to compensate for unbalances.

Nach dem Anspritzen des Rotorkäfigs 15 wird ein Schutzrohr 24 aus nichtmagnetischem Material, beispielsweise aus nichtrostendem Stahl, auf den Rotor aufgeschoben und an seinen Enden mit einer radial nach innen ragenden Umbördelung 25 versehen.After the rotor cage 15 has been molded on, a protective tube 24 made of non-magnetic material, for example made of stainless steel, is pushed onto the rotor and provided at its ends with a radially inwardly projecting flange 25.

Claims (6)

DlPU-ING. DR. MANFRED RAU DIPl.-PHYS. DR. HERBERT SCHNECK ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPAISCHEN PATENTAMT jDlPU-ING. DR. MANFRED RAU DIPl.-PHYS. DR. HERBERT SCHNECK AUTHORIZED REPRESENTATIVE AT THE EUROPEAN PATENT OFFICE j VNR: 106 984 Nürnberg, 27.01.1989 S VNR: 106 984 Nuremberg, 27.01.1989 S R/GrR/Gr Frankl & Kirchner GmbH & Co KG Fabrik für Elektromotoren u. eleKtrische Apparate, Scheffelstrasse 73, 6830 Schwetzingen/BadenFrankl & Kirchner GmbH & Co KG Factory for electric motors and electrical equipment, Scheffelstrasse 73, 6830 Schwetzingen/Baden AnsprücheExpectations 1. Rotor für eine elektrische Maschine, mit einer Welle (1), mit einem auf der Welle (1) befestigten Rotor-Blechpaket (2), auf dessen Außenumfang Permanentmagnete (11) angebracht sind und mit an den Stirnseiten (8, 9) des Rotor-Blechpaketes (2) anliegenden und auf der Welle (1) sitzenden Stirnscheiben (16, 17), die durch eine das Rotor-Blechpaket (2) achsparallel durchsetzende Ausnehmung einstückig miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnscheiben (16, 17) mittels einer Paßfeder (18) einstückig zu einem Rotorkäfig (15) miteinander verbunden sind, daß die Paßfeder (18) in eine am Außenumfang der Welle (1) ausgebildete Längs-Nut (5) und eine hiermit fluchtende1. Rotor for an electrical machine, with a shaft (1), with a rotor laminated core (2) fastened to the shaft (1), on the outer circumference of which permanent magnets (11) are attached and with end disks (16, 17) resting on the end faces (8, 9) of the rotor laminated core (2) and sitting on the shaft (1), which are connected to one another in one piece by a recess passing through the rotor laminated core (2) parallel to the axis, characterized in that the end disks (16, 17) are connected to one another in one piece by means of a feather key (18) to form a rotor cage (15), that the feather key (18) is inserted into a longitudinal groove (5) formed on the outer circumference of the shaft (1) and a O-IMO N0HN8M0 1 KONIOSTKASiI 1* TßltrtlW'OjlJJAfcrt 'TItItA)C»11/2015« TIlIX «»Mt POSiSCHKKAMT NBG. 1M3SJ■O-IMO N0HN8M0 1 KONIOSTKASiI 1* TßltrtlW'OjlJJAfcrt 'TItItA)C»11/2015« TIlIX «»Mt POSiSCHKKAMT NBG. 1M3SJ■ Keilnut (21) im Rotor-Blechpaket (2) eingreift, und daß der Rotorkäfig (15) durch Spritzen aus Kunststoff hergestellt und unmittelbar mit der Welle (1) und dem Rotor-Blechpaket (2) verbunden ist.Keyway (21) engages in the rotor laminated core (2), and that the rotor cage (15) is made of plastic by injection molding and is directly connected to the shaft (1) and the rotor laminated core (2). 2. Roter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längs-Nut (5) Über ihre Länge mindestens eine Querschnittsveränderung aufweist.2. Roter according to claim 1, characterized in that the longitudinal groove (5) has at least one cross-sectional change over its length. 3. Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsveränderung durch eine Querschnittsverringerung (Erhebung 6 bzw. Schrägfläche 7) gebildet ist.3. Rotor according to claim 2, characterized in that the cross-sectional change is formed by a cross-sectional reduction (elevation 6 or inclined surface 7). 4. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Stirnscheibe (16, 17) einen Nabenansatz (19) aufweist, der das zugeordnete Ende der Längs-Nut (5) überdeckt.4. Rotor according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one end disk (16, 17) has a hub extension (19) which covers the associated end of the longitudinal groove (5). 5. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Stirnscheibe (16, 17) direkt mit der Welle (1) verankert ist.5. Rotor according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one end plate (16, 17) is anchored directly to the shaft (1). 6. Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnscheibe (16, 17) in mindestens eine Ringnut (10) in der Welle (1) eingreift.6. Rotor according to claim 5, characterized in that the end plate (16, 17) engages in at least one annular groove (10) in the shaft (1).
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