DE2538320A1 - Permanentmagnetischer laeufer fuer dynamoelektrische maschinen und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents
Permanentmagnetischer laeufer fuer dynamoelektrische maschinen und verfahren zu dessen herstellungInfo
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Description
Meinig · Lemke · Spott
Patentanwälte Büro Berlin:
!Berlin 19. Oldenburgallee 10
Meinig · Lemke · Spott
Patentanwälte Büro Berlin: 26 . August 1975
Inland 11 PERMANENTMAGNETISCHER LÄUFER FÜR DYNAMOELEKTRISCHE
MASCHINEN UND VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG
Die Erfindung bezieht sich auf Läufer für Gleichstrommaschinen der invertierten Bauweise, bei denen der
Ständer mit einer Mehrzahl von Wicklungseinheiten ("Spulen") und damit magnetischen Polen versehen ist und deren Läufer
zur Magnetfelderzeugung Permanentmagnete enthält.
Sie bezieht sich insbesondere auf solche Läufer, welche permanentmagnetisches Material mit hohem Energieprodukt
und hoher Koerzitivkraft (im folgenden zusammenfassend als "Seltene Erden enthaltendes Magnetmaterial" bezeichnet)
Verwendung finden, sowie auf die Herstellung derartiger Läufer.
Permanentmagnete aus einem Material, das Seltene Erden enthält, empfehlen sich wegen ihres hohen Energieproduktes
und ihrer hohen Koerzitivkraft offenbar zum Aufbau derartiger Läufer. Es wurde auch bereits vorgeschlagen,
neben derartigem Magnetmaterial Alnico Magnete bzw. andere bekannt gewordene Magnetmaterialien zu benutzen, und durch
die Kombination dieser Materialien im Verein mit entsprechend geformten Polstücken einen möglichst hohen Magnetfluß
im Arbeitsluftspalt zu erzeugen.
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Magnetmaterialien, welche Seltene Erden enthalten, (nachfolgend "Seltene Erden Magnete" genannt), führen jedoch
aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften zu Schwierigkeiten bei der Herstellung eines Läufers. Aufgrund des außerordentlich
hohen magnetischen Feldes derartiger Permanentmagnete ist es praktisch nicht möglich, eine Bearbeitung
im magnetisierten Zustand auszuführen, da die bei der Bearbeitung freiwerdenden Späne und Partikel aus ferromagnetischem
Material außerordentlich fest anhaften und, wenn überhaupt, nur in außerordentlich langwieriger und unwirtschaftlicher
Weise entfernt werden können. Andererseits gelingt es bei den bisher üblichen Läufer- und Polschuhkonstruktionen
nicht, genügende Magnetisierungsfeldstärken an Formstücke aus Seltene Erden enthaltenden Magnetmaterialien
heranzubringen, um diese in situ, also als Teil eines zusammengebauten Läufers, zu magnetisieren, wie dies
üblicherweise bei Alnico-Magneten geschieht.
bekannten Läuferkonstruktionen mit permanentmagnetischem Material, beispielsweise bei Alnico-Magneten,
ist es Stand der Technik, die aus magnetisch weichem Material hergestellten Polstücke so zu bemessen, daß der von den
Permanentmagneten ausgehende Magnetfluß an keiner Stelle zu einer Sättigung in den Polschuhen führt.
Wie Untersuchungen der Anmelderin ergeben haben, erlaubt eine derartige Konstruktion nicht, ein magnetisches
Feld an die Seltene Erden enthaltenden Formstücke heran-
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zubringen, das ausreichen würde, um dieses Material entsprechend zu magnetisieren.
Formstücke aus Seltene Erden enthaltenden Magnetmaterialien werden üblicherweise nach dem jetzigen Stand
der Technik nur in relativ kleinen Abmessungen hergestellt. Typische Größen sind etwa 12,5 χ 12,5 χ 0,25 mm oder kleiner.
Um zu Gleichstrommotoren mit größerer Leistung zu gelangen, ist es daher erforderlich, eine größere Anzahl solcher Formstücke
zu benutzen und diese in geeigneter Weise in der Läuferkonstruktion geometrisch zu verankern. Es wurde bereits
vorgeschlagen, hierzu einen Klebevorgang mit entsprechenden Kunstharzen zu verwenden. Ein solches Verfahren hat
sich jedoch als wenig geeignet für die wirtschaftliche und technisch einwandfreie Herstellung derartiger Läufer erwiesen
.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Konstruktion von Läufern, bei denen die erwähnten Nachteile in vollem
Umfange vermieden werden bzw. Verfahren zu deren wirtschaftlicher und einfacher Herstellung.
Läufer nach der Erfindung für Gleichstrommotoren mit invertiertem Aufbau besitzen Polstücke aus lameliiertem,
magnetisch weichem Material, deren Querschnitt mindestens 1,5 mal größer dimensioniert ist als jener, der erforderlich
ist, um den von den Permanentmagneten aus Seltene Erden enthaltendem Material in magnetisiertem Zustand gelieferten
magnetischen Fluß ohne Sättigungserscheinungen aufzunehmen
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und weiterzuleiten und der ausreicht, um das im jungfräulichen
oder pseudo-jungfräulichen Zustand eingebaute permanentmagnetisierbare Material unter Benutzung der Polstücke
zur Weiterleitung des Magnetisierflusses und ohne Behinderung durch Sättigungserscheinungen in situ zu magnetisieren.
Vorteilhafterweise wird der Querschnitt der Polstücke etwa 2 bis 3 mal größer dimensioniert bzw. so gewählt,
daß er ausreicht, um die im jungfräulichen bzw. pseudo-jungfräulichen Zustand befindlichen Formstücke aus
permanentmagnetisierbarem Material in situ mit 12.000 Oersted
und einem Feld von 10.000 Gauss zu magnetisieren, ohne daß der Magnetisierungsvorgang in den Polstücken durch Sättigung
limitiert wird.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung derartiger Läufer wird zunächst der weichmagnetische Teil
des Läufers aus Zuschnitten aus lamelliertem, magnetisch weichem Material zusammengesetzt, wobei diese Zuschnitte
erste öffnungen zur Aufnahme des permanentmagnetisierbaren Materials enthalten sowie mit einem zweiten Satz öffnungen
ausgestattet sind; und daß
hierauf die Formstücke aus permanentmagnetisierbarem Material, das sich im jungfräulichen oder pseudo-jungfräulichen Zustand
befindet, in den Satz erster öffnungen eingesetzt wird, um hierauf nicht magnetisches, gießfähiges Material
in den hierfür bestimmten Satz zweiter öffnungen zu gießen und zum Erstarren zu bringen, worauf der so gebildete Läufer-
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rohling mechanisch bearbeitet wird, um unter Ausbildung von diskreten Polstücken in seine Endform gebracht zu
werden; und daß
anschließend das permanentmagnetisierbare Material des
Läufers in situ und unter Benutzung der Polstücke bzw. des weichmagnetischen Materials des Läufers magnetisiert wird,
um so permanentmagnetisch die gewünschte Stärke herzustellen,
Nach einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung
wird die Läuferachse vor dem Vergießen eingesetzt und so beim Vergießvorgang mit verankert.
Vorteilhafterweise besteht diese Achse aus magnetisch leitfähigem Material. Als gießfähiges Material hat
sich geschmolzenes Aluminium als besonders vorteilhaft erwiesen.
Durch den Gießvorgang wird eine geometrisch eindeutige und zuverlässige Verankerung der Formstücke aus magnetisierbarem
Material erreicht; da dieses Material im jungfräulichen bzw. pseudo-jungfräulichen Zustand zum Einbau
gelangt, werden auch alle Schwierigkeiten bei den nachfolgenden mechanischen Bearbeitung vermieden. Schließlich erlaubt
die Dimensionierung des Materials der Polstücke im Verein mit dessen Lamellierung die gewünschte Magnetisierung
des Magnetmaterials ohne Behinderung durch Sättigungserscheinungen.
Um sicherzustellen, daß das magnetisierbare Material
der Formstücke sich vor der mechanischen Bearbeitung
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— D —
im unmagnetisierten bzw. pseudo-jungfräulichen Zustand
befindet, werden diese bzw. der Rohläufer vor der mechanischen Bearbeitung in einer von magnetisch leitfähigem Material
freien Umgebung für eine ausreichende Zeit auf eine Temperatur erhitzt, die geeignet ist, eine vorhandene Magnetisierung
abzubauen.
Nach einer Ausgestaltung dieses erfindungsgemäßen Schrittes kann der Läufer nach dem Magnetisieren auf einen
genau vorbestimmten Wert der Magnetisierung gebracht werden, indem er in einer von magnetisch leitfähigem Material freien
Umgebung für eine Zeit erhitzt wird, die ausreicht, um die Magnetisierung der Permanentmagnete auf einen vorher
bestimmten Wert zu bringen, wobei sich daran gegebenenfalls eine Magnetisierung in der ursprünglichen Richtung und auf
einen gleichfalls vorbestimmten Wert anschließen kann.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen in beispielhafter Weise näher erläutert.
Abb. 1 zeigt im Querschnitt eine Gleichstrommaschine mit invertiertem Aufbau und ehern Läufer nach der Erfindung.
Abb. 2a ist eine Aufsichtdarstellung einer Lamelle aus weichem, magnetischem Material in beispielsweise Ausführung.
Abb. 2b ist die Querschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Läufers, der mittels der Lamellen nach 2a
aufgebaut ist.
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Abb. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Gleichstrommaschine mit invertiertem Aufbau und einem permanentmagnetischen Läufer. Hierbei sind 11 und 12 Gehäuseteile
mit öffnungen 11a und 12a zur Aufnahme der Läuferachse 15.
Der Ständer 16 besteht aus einem aus weichem magnetischem Blech aufgebauten Kern und einer Mehrzahl von Ständerwicklungsspulen
17, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht im einzelnen dargestellt sind. Die Ständerspulenwicklungsenden
sind in bekannter Weise mit den Kommutatorlamellen 19 einer Schalteinrichtung 18 verbunden, die vorteilhafterweise
(nach Patentanmeldung Inland 9/10) aufgebaut ist. In der vereinfachten Darstellung in Abb. 1 bedeuten
21 eine auf der Achse 15 befestigte Hülse, auf der sich das Trägerstück 30 befindet, das seinerseits die Halterung
22 für die Kontaktrollen 35 trägt. Auf der gleichen Hülse 21 befinden sich isoliert angebracht Schleifringe 23 und
24, die über Leitungen 37 und 37a verbunden sind. Auf den Schleifringen gleiten Stromzuführungsbürsten-Anordnungen
25 und 26, die ihrerseits stationär mit dem Ständeraufbau verbunden sind und (nicht dargestellt) die elektrische Verbindung
mit je einem der Pole der Gleichstromquelle darstellen. Gleichfalls stationär auf dem Träger 20 verankert
ist der Kommutator mit den Kommutatorlamellen 19. Durchbrüche 11a und 12a im Gehäuse dienen als Halterung für die
Lager 13 und 14 der Läuferachse 15.
Der Läufer 44 enthält Polschuhe aus magnetisch weichem, lamelliertem Material, sowie Permanentmagnete aus
Material, das Seltene Erden enthält, sowie andere geeignete
r, 0 9 8 1 ">
I Π 7 0 1 - 8 -
Bauteile, die gleichfalls aus Vereinfachungsgründen nicht
dargestellt sind.
Abb. 2a zeigt einen Zuschnitt einer Lamelle aus weichmagnetischem Material 200. Diese weist einen Satz
öffnungen 201 zur Aufnahme von Formstücken 203 aus perv
manentmagnetischem Material auf, sowie einen weiteren Satz öffnungen 202 und eine zentrale öffnung 206.
Abb. 2a ist der Bereich des Zuschnittes 201', jener
der bei der Fertigstellung des Läufers zur Ausbildung der einzelnen Polschuhe 201" in Wegfall kommt.
Abb. 2b zeigt einen Querschnitt durch einen fertig bearbeiteten Läufer nach der Erfindung. Hierbei sind die
Polschuhe aus lameliiertem magnetisch weichem Material mit 201" und die permanentmagnetischen Formstücke mit 203 sowie
die Läuferachse mit 204 bezeichnet. Der nicht ausgefüllte Raum der öffnungen 201 sowie die hierfür vorgesehenen
öffnungen 202 und der Raum 205 zwischen Läuferachse und der inneren öffnung des eigentlichen Läufers sind ausgegossen,
vorzugsweise durch Eingießen von geschmolzenem Aluminium.
Die Zuschnitte aus magnetisch geeignetem Material besitzen eine Dicke von 0,5 mm; die Formstücke aus Seltene
Erden enthaltendem, permanentmagnetisierbarem Material weisen typisch die Abmessungen 12 χ 20 χ 10 mm auf.
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Für eine Läuferlänge von 10 cm sind daher für
jeden Schlitz 10 derartige Formstücke erforderlich. Diese bestehen vorzugsweise aus Kobalt/Seltene Erden Magnetmaterial bekannter Zusammensetzung. Als Material für doe Läuferachse dient geeigneter Stahl.
jeden Schlitz 10 derartige Formstücke erforderlich. Diese bestehen vorzugsweise aus Kobalt/Seltene Erden Magnetmaterial bekannter Zusammensetzung. Als Material für doe Läuferachse dient geeigneter Stahl.
Wie beschrieben, werden die Formstücke aus permanentmagnet!
sierbarem Material im jungfräulichen bzw. pseudojungfräulichen Zustand in die Schlitze geführt, und erst
nach dem Ausgießen und der mechanischen Behandlung durch Anlegen geeigneter Felder magnetisiert.
nach dem Ausgießen und der mechanischen Behandlung durch Anlegen geeigneter Felder magnetisiert.
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Claims (10)
- -PATENTANSPRÜCHE:-ΐ\ Läufer für Gleichstrommotoren mit invertiertem Aufbau, dessen Polstücke aus lameliiertem, magnetisch weichem Material bestehen und dessen Magnetfeld vermittels von Permanentmagnete aus der Klasse der seltenen Erdene enthaltenden Magnetmaterialien, gegebenenfalls im Zusammenwirken mit Magneten aus anderen bekannten magnetischen Materialien, erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, das der Querschnitt der Polstücke mindestens 1,5 mal größer dimensioniert ist als jener, der erforderlich ist, um den von den Permanentmagneten im magnetisierten Zustand gelieferten magnetischen Fluss ohne Sättigungserscheinungen aufzunehmen und weiterzuleiten;und der ausreicht, um das im jungfräulichen oder pseudo-jungfräulichen Zustand eingebaute permanentmagnetisierbare Material unter Benutzung der Polstücke zur Weiterleitung des Magnetisierflusses und uhne Behinderung durch Sättigungserscheinungen in situ zu magnetisieren.
- 2. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Polstücke zwei- bis dreimal größer dimensioniert ist als jener, der erforderlich ist, um den von den Permanentmagneten gelieferten Fluß ohne Sättigungserscheinungen aufzunehmen und weiterzuleiten.609812/07 0?5383?0
- 3. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Polstücke ausreichend dimensioniert ist, um das Magnetisieren des im jungfräulichen oder pseudo-jungfräulichen Zustand befindliche, permanentmagnet!sierbare Material in situ mit 12 000 Oersted und einem Feld von 10 000 Gauss zu magnetisieren.
- 4. Verfahren zum Herstellen eines Läufers nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der weichmagnetische Teil des Läufers aus Zuschnitten aus lameliiertem, magnetisch weichem Material zusammengesetzt wird, die erste Öffnungen zur Aufnahme des permanent magnetisiert^ren Materials sowie einen zweiten Satz Öffnungen besitzen; und daßFormstücke aus permanent magnetisierbarem Material, das sicn im jungfräulichen oder pseudo-jungfräulichen Zustand befindet, in die ersten Öffnungen eingesetzt werden; und dais nichtmagnetisches, gießfähiges Material in den Satz zwe.ter Öffnungen gegossen und zum Erstarren gebracht wird; und aa der so gebildete Läufer-Rohling mechanisch bearbeitet wira, um unter Ausbildung von diskreten Polstücken in seine Enoform gebracht zu werden; und daßanschließend das permanent magnetisierbare Material des Läufers in situ und unter Benutzung der Polstücke bzw. des weichmagnetischen Materials des Läufers magnetisiert wird, um so Permanentmagnete gewünschter Stärke herzustellen.609812/0701_ 2538370
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet/ daß vor dem Vergießen die Läuferachse eingesetzt wird.
- 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse aus magnetisch leitfähigem Material besteht.
- 7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet/ daß als gießfähiges Material geschmolzenes Aluminium verwendet wird.
- 8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Formstücke aus permanent magnetisierbarem Material vor oder nach dem Einbau, vorzugsweise jedoch vor der mechanischen Bearbeitung des Läuferrohlings und vor dem Magnetisieren dadurch in den pseudo-jungfräulichen Zustand gebracht werden, daß sie in einer von magnetisch leitfähigem Material freien Umgebung für eine ausreichende Zeit auf eine Temperatur erhitzt werden, die geeignet ist, eine vorhandene Magnetisierung abzubauen.
- 9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet/ daß der LäuferR09812/0701r 25383?0nach dem Magnetisieren in einer von magnetisch leitfähigem Material freien Umgebung für eine Zeit erhitzt wird, die ausreicht, um die Magnetisierung der Permanentmagnete auf einen vorbestimmten Wert zu verringern, wobei sich daran gegebenenfalls eine Magnetisierung in der ursprünglichen Richtung und auf einen gleichfalls vorbestimmten Wert anschließen kann.
- 10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschnitte aus weichmagnetischem Material einen Satz öffnungen 201 zur Aufnahme von Formstücken aus permanentmagnetischem Material 203 besitzen, sowie einen weiteren Satz Öffnungen 202 und eine zentrale öffnung 206 aufweisen; und dass der Raum der öffnungen 202 sowie der öffnung 206 gegebenenfalls nach Einbau der Achse 204 mit gießfähigem Material, beispielsweise geschmolzenem Aluminium ausgegossen wird, wobei das gießfähige Material auch den nicht von den Formstücken 203 eingenommenen Raum der öffnungen 201 ausfüllt.60981 2/0701
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