DE1942855A1

DE1942855A1 - Laeufer einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE1942855A1
Application number: DE19691942855
Authority: DE
Inventors: Loudon Donald Curtis
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1968-09-16
Filing date: 1969-08-22
Publication date: 1970-03-26
Also published as: FR2018172A1; GB1285966A; DE1942855B2; US3531670A

Description

j Läufer einer elektrischenMaschine

Die Erfindung betrifft Läufer einer elektrischen Maschine^ wie z.B. Generatoren und Ε-Motoren, insbesondere einen verbesserten ! Läufer mit einem oder mehreren Keramikmagneten.

Keramikmagnete haben eine hohe Koerzitivkraft und sind leichter als Metallmagnete, wie z.B. Alnico-Magnete. Sie besitzen jedoch nicht die mechanische Festigkeit von Metallmagneten; bei ihrer Verwendung im Läufer von elektrischen Maschinen war es bisher schwierig, sie ohne Bruch- oder Beschädigungsrisiko so im Läufer , zu verankern, daß auch unter Betriebsbedingungen, bei denen sehr järhebliche Kräfte, z.B. Zentrifugalkräfte, auf die Magneten einj wirken, keine Gefahr besteht, daß die Magnete sich loslösen, ! brechen oder anderweitig beschädigt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese Nachteile zu beseitigen.

009813/1152

Zur Lösung der Aufgabe wird durch die Erfindung ein lait einem Permanentmagneten, insbesondere einem Keramikmagneten versehener Läufer einer elektrischen Maschine geschaffen, der eine Welle und einen daran befestigten Kraftflußträgerring aufweist und dadurch gekennzeichnet ist, daß der Permanentmagnet ringförmig ausgej-

\ bildet ist und aus einer Anzahl von geometrisch gleichen Ab- · schnitten besteht, die durch Radialebenen begrenzt und am Kraftflußträgerring befestigt sind, daß auf der Läuferwelle unmagneti-

; sehe Ringe angebracht sind, die die entgegengesetzten Enden des

Magnets übergreifen, und daß die Mittel, mit denen die Magnetab- ! schnitte an der Läuferwelle befestigt sind, eine Schicht ausgehärteten steifen Klebemittels zwischen der Innenfläche der Abschnitte und dem Kraftflußträgerring sowie Schichten ausgehärteten steifen Klebemittels zwischen den axialen Enden der Magnetabschnitte und den entsprechenden Ringen aufweisen, und daß die Abschnitte durch Schichten ausgehärteten steifen Klebemittels das zwischen ihren sich gegenüberliegenden radialen Planflächen aufgebracht ist, zusammengehalten werden.

Bei der erfindungsgemäßen Anlage besitzt somit der Läufer einen aus Abschnitten bestehenden Keramikmagneten, der durch radial verlaufende Axialebenen begrenzt ist. Der Lauf er ist mit einem Kraftfluß trägerring versehen ₉.. der teleskopartig über die Läuferwelle gestülpt und an der Lauferwelle befestigt ist. Unmagnetische ringförmige Teile, die an der Läuferwelle Flansche bilden, sind an der Läuferwelle an jedem Ende des Kraftflußträgerrings befestigt. Beim Zusammenbau des Läufers werden die Magnetteile zuerst an den Kraftflußträgerring durch eine erste Schicht von

■ . ■■■■■- 2 - ■■■■; . .. ■ .' . ..■-'■■ -

009813/1 152

Klebemittel aufgeklebt, das man anschließend aushärten läßt. ^: Nach dem Aushärten der ersten Klebeschicht kommt der vormontierte Läufer in eine Preßform und wird im Vakuum mit einem zweiten aushärtbaren Klebemittel getränkt, welche in das Läuferaggregat zwischen den sich gegenüberliegenden Flächen der aufeinanderfolgenden Magnete und den Endflächen der Magnete und ihrer Sicherungsflansche eindringt. Der so getränkte Läufer wird aus der Preßform entnommen, und man läßt das zweite Klebemittel aushärten« Anschließend wird die Umfangsflache des Läufers auf eine Zylinderfläche des gewünschten Durchmessers geschliffen, und dann wird eine nicht magnetische Magnetsicherungsmanschette auf die Umfangsflachen der Magnetabschnitte und der Magnetsicherungsf!ansehe des Läufers aufgeschrumpft. Somit sind die Magnetabschnitte auf dem Läuferkörper gegen ein Abheben durch sowohl axial gerichtete Kräfte und radial nach außen gerichtete Zentrifugalkräfte gesichert.

: Nach diesem Zusammenbau des Läufers wird sein Verbundmagnet so

von ■*■

auf magnetisiert, daß sich eine Anzahl/mit gleichen Winkelabständen zueinander angeordneten Außenpolen der richtigen Polarität ergibt.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Generator, wobei bestimmte Teile im Aufriß gezeigt sind,

.ο.

Fig. 2 einen Längsschnitt mit teilweisem Aufriß eines ersten Ausf Uhrungsbeispiels des Generatorlaufers der Fig. 1 im Stadium der Vormontage,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Läufer in einem fortgeschrittenen Stadium des Zusammenbaus längs der Linie 3-3 der Fig. 2,

Fig. if teilweise einen Längsschnitt und teilweise einen Seitenriß des vollständigen ersten Ausführungsbeispiels des Läufers, -.."■-..-

Fig. 5 eine vereinfachte Ansicht im Querschnitt durch den Generator längs der Linie 5-5 der Fig. 1,

Fig. 6 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäSen Läufers, wobei der Schnitt in der gleichen Ebene der Fig. 5 erfolgt.

Der erfindungsgemäße Generator Io ist in den Fign. 1 und 5 gezeigt. Dieser Generator besitzt den aus einer Anzahl von Lamellen· blechen bestehenden Ständer 11. der teleskopartig im Gehäuse 18

, untergebracht ist, in welchem er auch in herkömmlicher Weise durch Längsbolzen befestigt ist. Der Läufer 12 des Generators besitzt die Läuferwelle 13, die im Gehäuse 18 im vorderen Lager 14 und im hinteren Lager 15 gelagert ist. Der Stator besitzt eine Anzahl von im gleichen Winkel zueinander angeordneten Polstücken

j 17 (Fig. 5), die durch eine Anzahl von im gleichen Winkel zuein-

Ό 09813/1 152

ander angeordneten windungslosen anderen Polstücken 19 getrennt

■ " - i

sind. Um die Polstücke 17 ist die Wicklung 16 gewickelt, wobei [ im Ausführungsbexspxel sechs Wicklungen als zwei aufeinanderfolgende Spulen ausgebildet sind. Die Spulen eines jeden Wicklungssatzes sind in der gleichen Richtung gewickelt und in Reihe geschaltet. Somit sind drei Wechselspannungsquellen geschaffen, von denen die erste die Leitungen 2o, 21, die zweite die Leitungen 22, 24 und die dritte die Leitungen 25 und 26 aufweist.

Die Läuferwelle 13 besteht aus unmagnetischem Metall, wie z.B. !rostfreiem Stahl. Der aus magnetisierbarem Metall bestehende j Kraftflußträgerring 27 ist an der Welle 13 befestigt und als Manschette teleskopartig über sie gezogen. Die Manschette 27 hat eine zylindrische Innenfläche, in welche die erweiterten Zylinderabschnitte 29 der Rotorwelle 18 genau eingepaßt sind. Die Außenfläche der Manschette ist als gleichseitiges Zwölfeck mit unter sich gleichen ebenen Flächen 28 ausgeformt, auf welche die Füße der Magnetabschnitte aufgeklebt sind, wie nachstehend erklärt wird. Zwei sich gegenüberliegende unmagnetische Ringe 3o mit glatten Innenflächen, die als Magnethalterungsflansche am Läufer dienen, sind an den entgegengesetzten Enden der Manschette 27 an der ;Läuferwelle 13 befestigt. !

Die Manschette 27 und die Ringe 3o sind durch Hartlöten mit der ! Läuferwelle 13 verbunden. Zu diesem Zweck werden die Lötringe 32 in die ringförmigen Ausnehmungen 31 an den Enden der Innenfläche der Manschette 27 gelegt, und die nach Fig. 2 vormontierten Teile 13, 27, 3o und 32 werden in einem Ofen unter nicht-oxydierenden Bedingungen erhitzt,

■ 0 "

00 98 13/1 152

so daß die Hartlötringe 32 schmelzen. Das Hartlot fließt iit die ' Zwischenflächen zwischen die Abschnitte 29 der· Läüferwelle 13 ί

' - . ■ ■ ■" ■ [■

und der Innenfläche der« Manschette 27 ein, wie es III öbertrie- >

i . I

bener Form bei 32 in Fig. 3 dargestellt wird, waä zwar zwischen ; die Enden der Manschette 27 und die gegenüberliegenden Flächen ·. des Ringes 3o und zwischen die Flächen der Mittenbolurangen-in den Ringen 3o und die gegenüberliegenden Flächen der Abschnitte 33 der Läuferwelle 13. Somit wird ein starker starrer einheitlicher Läuferkörper geschaffen. Nach dem Bau des Laufergehäuses wird eine Anzahl von unbearbeiteten Magnetabschnltten 35' Cin diesem Fall 12} auf dem Gehäuse angebracht, wie In Fdg. 3 gezeigt, iwobei jdle Füße der Magnetabschnitte auf den entsprecfienden ^Flä~ chen 28 der Kraftflußleitermaiischette 27 ruhen, for dem Anbau der Magnetabschnitte auf dem Läufergehäuse wird die Schicht 36 eines härtbaren Klebemittels, wie ζ.B. Epoxydharz auf die Füße der Segmente 35 *_a auf die Flächen 28 oder auf beide aufgetragen. Sodann läßt man die Klebend.ttelschichten 36 aushärten, so daß die Magnetabschnitte 35 ^s fest am Laufergehäuse während der nachfolgenden Montagearbeiten haften. Dann wird das Lauf ergehäuse mit den angebauten Magnetabschnitten in eine Preßform eingebracht, in welcher es im Vakuum mit einem zweiten härtbaren Harz, wie z.B. einem Epoxydharzkleber getränkt wird. Der zweite Kleber fließt InSwIschenräume des Aggregats und bildet die dünnen Klebemittelschichten 37 zwischen den Endflächen der Magnetabschnltte 35* und den Ringen 3o sowie die dünnen Klebemittelschichten/39 zwischen den sich gegenüber - stehenden Sadialflachen der aufeinahderfolgenden Magnetabschnitte 35^r. Zur Verdeutlichung sind ^! die KLebemltteischichteh 37 und 39 in den Figo. I nM 5 übertrieben dick dargestellt. '

'■■■■'"■.■',■ - 6 - ■

0 0 9813/1152

Dann wird der Läufer aus der Form genommen, und man läßt die zwei- \ te Schicht aushärten. Anschließend werden die Urafangsflachen der Magnetabschnitte 35* und natürlich auch die dort unbeab- j

sichtigterweise haftenden Reste des zweiten Klebemittels auf die Zylinderfläche Hl. mit dem gewünschten Durchmesser abgeschliffen. Sodann wird die dünne äußere, aus starkem nicht magnetischem Metall, z.B. IMCOIiEL {Warenzeichen) bestehende Magnetsicherungsmanschette **2 auf den Läufer aufgeschrumpft, wobei die Längsabmessungen der Manschette 42 so gewählt sind, daß ihre Enden in der gleichen Ebene wie die axialen Außenflächen der Ringe 3o liegen. Schließlich werden die Magnetabschnitte, jetzt mit 35 bezeichnet, magnetisiert, wie in den Fign. 4 und 5 gezeigt, so daß die radialen Außenenden zweier aufeinanderfolgender Magnetabschnitte von entgegengesetzter Polarität sind, und die Polarität der Innenenden der Magnetabschnitte der ihrer Außenenden entgegengesetzt ist.

Aus Fig. 5 geht hervor, daß die Anzahl der Magnetpole des Läufers doppelt so groß ist als die Anzahl der gewickelten Polstücke 17 j des Ständers. Jede Spule 16 dient zur Abgabe eines dauernden j Wechselstroms, wenn die Lauf er pole an ihrem Postück vorbeilaufen.

Im Ausführungsbeispiel sind je zwei aufeinanderfolgende Spulen j in der gleichen Richtung gewickelt und in Reihe geschaltet, um j die doppelte Spannung einer jeden Einzelspule zu ergeben. So \ kann der erfindungsgemaße Generator auf Wunsch zur Stromversorgung für drei getrennte Funktionen dienen. Es ist offensichtlich, daß die Spulen 16 auch verschiedentlich anders beschältet werden können, um die gewünschte Anzahl von Wechselstromquellen mit der ,

009813/1152

■ ■-.:'."; : "/-β-· 194285S

Ι gewünschten Ausgangsspannung, Ausgangsleistung oder den gewünsch- : ten Ausgangsstrom zu erhalten.

^: Fig. 8 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Läufers. Der Läufer 12' unterscheidet sich vom Läufer 12 des ersten Ausführungsbeispiels dadurch, daß sein Magnet aus vier Abschnitten und nicht aus zwölf besteht, daß die Innen- und \ Außenflächen der Magnetabschnitte wie geliefert als Teile von : Zylindern ausgeformt sind, und daß die sich axial erstreckenden Bereiche der die Magnetpole am Läufer übergreifenden Magnet- W Sicherungsmanschette aus magnetischem Werkstoff bestehen. Dementsprechend ist d£e Außenfläche der Kraftflußleitungsmanschette 27' zylinderförmig. Die Magnetabschnitte 45 werden wie im ersten Ausführungsbeispiel eingebaut, d*h., die werden durch eine Vormontage mit Klebemittel an der Kraftflußleitungsmanschette durch eine erste Klebemittelschicht 46 aufgebracht, und nach dem Aushärten des ersten Klebers werden sie im Vakuum mit einem zweiten Klebemittel getränkt, das noch weiter zur Befestigung der Magnetabschnitte auf den Flanschteilen des Läufers sowie zur Befestigung untereinander durch die Klebemittelsehiehten ·*7 beiträgt. Wie im ersten Ausführungsbeispiel sind auch hier die Klebemittelschichten übertrieben dick dargestellt. Nun werden die Außeriflächän der Magnetabschnitte des so weit zusammengebauten Läufers auf !

eine genaue Zylinderfläche abgeschliffen, worauf die Magnet- !

- "" ■ } Sicherungsmanschette U9 auf die Magnetabschnitte des Läufers und ■

seiner Endflansche aufgeschrumpft wird.

j Da der Läufer 12* mit einem Ständer von der Konstruktion der , Fig. 5 ^verwendet werden soll, wird sein Verbundmagnet genauso

00 98 13/1 152

aufmagnetisiert wie der Läufer des ersten Ausführungsbeispiels. In diesem Fall jedoch wird jeder Magnetabsehnitt 45 magnetisiert, so daß sich drei äußere Magnetpole von abwechselnder Polarität ergeben und drei radial damit fluchtende innenpole, wobei die Außen- und Innenpole mit entgegengesetzter Polarität in gleichen Winkelabständen um die Läuferachse herum angeordnet sind.

In diesem Ausführungsbeispiel besteht die Magnetsicherungsmanschette 49 aus den sich in Längsrichtung erstreckenden nicht magnetischen Teilen 5o und damit abwechselnd, aus den sich in Längsrichtung erstreckenden Teilen 51, welche die Magnetpole des Läufers übergreifen* Die Teile 5o und 51 bestehen jeweils aus nicht magnetischem und magnetischem Metall, die an den Kanten zusammengeschweißt sind und somit ein laufendes Rohr bilden. Die Konstruktion dieses Rohrs bzw. der Manschette ergibt einen Generator von höherer Leistungsfähigkeit, weil die Länge des Luftspalts zwischen den magnetischen Werkstoffen des Läufers und des Ständers verringert wird.

Der erfindungSgemäße Generator ist auch bei hohen Drehzahlen noch völlig betriebssicher* Durch Verwendung VonKeramikmagneten im Läufer erhält man einen stabilen Läufer, der nicht Bei Einäehältstößen und Einschältkurzsehlüssen zusammenbricht» Daher bräueht dieser Läufer keiiie Däffipfungsringe bzw. Stangen «ixe im Fall von Generatorenr mit AiLnicömäterial.

Claims

Patentansprüche

it einem Permanentmagneten, insbesondere Keraiaikmagneteii, Versehener Läufer einer elektrischen Maschine, der eine Welle Und einen daran befestigten Kraftflußträger/aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet ringförmig ist und aü§ einer Anzahl von geometrisch gleichen Abschnitten (35, ;**5) besteht, die in Radialebenen miteinander verbunden sind und am lö?aftflußträgerring (27) befestigt sind* daß unmagnetische Ringe (3ö) an der Läüferwelle C13) angebracht sind und die entgegengesetzten Enden des Magneten übergreifen, daß Mittel zur Befestigung der Mägnetäbschnitte (35, 45) an der Läufer» welle eine Sehiöht (36) ausgehärteten steifen Klebemittels zwischen der Innenfläche der Abschnitte und dem Kraftfiußträgerringi (2S7) sowie Schichten (37) ausgehärteten steifen lClebemittäIs zwischen den axialen Enden der Mägne-eab§öhnitte C 35* *f5) Und den entsprechenden Ringen (t3ö) aufweisen * und daß die ^ Äbächnitte (35j kSi durch Söhichten aüsgehärteteft steifen Klebeniittels * das zwischen ihren sich gegenüber!Aegeiideii a Plänf lachen aufgebracht ist j ziigamSlgngeltälten werden. ;
2. Läufer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine teleskopartig auf dem Magneten und die Ringe (3o) aufgezogene und deren periphere Außenflächen fest umschließende Manschette (42, So, 51).
3. Läufer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (12, 56, 51) auf die Umfangsflachen des Magneten und der Ringe (3o) aufgeschrumpft ist.
4. Läufer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (12) nicht magnetisch ist.
5. Läufer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette aus in Winkelabständen angeordneten abwechselnden magnetischen (51) und nicht magnetischen (So) Teilen besteht, wobei die magnetischen Teile (51) die Magnetpole des Läufers übergreifen.-

Ι ·"!■

0 0 9 8 13/1152