WO2011091791A2

WO2011091791A2 - Befestigungselement zum befestigen eines magneten an einem bauteil einer elektrischen maschine, eine baugruppe sowie bauteil mit einem solchen befestigungselement

Info

Publication number: WO2011091791A2
Application number: PCT/DE2011/000093
Authority: WO
Inventors: Norbert GÖTSCHMANN
Original assignee: Lloyd Dynamowerke & Co KG GmbH
Current assignee: Lloyd Dynamowerke & Co KG GmbH
Priority date: 2010-02-01
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2011-08-04
Anticipated expiration: 2012-08-01
Also published as: WO2011091791A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement zum Befestigen eines Magneten (13) an einem Bauteil einer elektrischen Maschine, insbesondere einem Läufer, aus einer Kappe (14), eine Baugruppe sowie ein Bauteil einer elektrischen Maschine mit einer solchen Kappe (14). Um die Magneten (13) sicher zu halten und die Bruchgefahr für die Magneten (13) und die Entstehung unnötiger Verlustwärme zu minimieren, ist die Kappe (14) aus einem Paket elektrisch gegeneinander isolierter Bleche (15) gebildet. Diese sind bei dem erfindungsgemäßen Bauteil jeweils in einer Radialebene der elektrischen Maschine angeordnet. Die Bleche (15) sind dabei aus einem nichtmagnetischen Metall, vorzugsweise Aluminium, gebildet.

Description

Beschreibung

Befestigungselement zum Befestigen eines Magneten an einem Bauteil einer elektrischen Maschine, eine Baugruppe sowie Bauteil mit einem solchen

Befestigungselement

Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement zum Befestigen eines Magneten an einem Bauteil einer elektrischen Maschine, insbesondere einem Läufer, aus einer Kappe. Ferner betrifft die Erfindung eine Baugruppe einer elektrischen Maschine sowie ein Bauteil, insbesondere Läufer, einer elektrischen Maschine mit einem Grundkörper und an dem Grundkörper mittels einer Kappe befestigten Magneten. Ein solches Befestigungselement und ein solches Bauteil sind aus der

WO 2007/1161118 AI bekannt.

Bei der Befestigung von Permanentmagneten auf Läufern elektrischer Maschinen besteht die Gefahr, dass das spröde Sintermaterial der Magnete bricht, was insbesondere durch thermische Spannungen aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Magnet- und Läuferjochmaterial begünstigt wird. Werden die Magnete nur durch eine Klebverbindung auf dem Läufer befestigt, gerät das Magnetmaterial bei einem Bruch in den Luftspalt der Maschine und die Maschine fällt aus.

Um dies zu vermeiden, werden Permanentmagnete nach dem Stand der Technik entweder durch Bandagen zusätzlich gehalten bzw. gesichert. Dabei werden oft durch ein Polymerharz gebundene Glasfaserbandagen verwendet. Sie haben den Nachteil, dass sie die Wärme dämmen, die in den Magneten als Verlustwärme entsteht. Somit erhöht sich die Temperatur der Magnete durch die Bandage. Dieses ist unerwünscht, da höhere Magnettemperaturen das Entmagnetisieren der Magnete begünstigen.

Durch die eingangs genannten WO 2007/116118 AI ist es ferner bekannt, die Magneten durch schachtelartige Gehäuse jeweils aus einem Gehäuseunterteil und einem Gehäuseoberteil zusätzlich zu halten bzw. zu sichern. Das Gehäuseunterteil wird am Läufer angeschraubt, was sehr aufwendig ist. Das Gehäuseoberteil bildet eine Kappe, die den oder die in dem Gehäuse angeordneten Magneten abdeckt und damit formschlüssig hält. Die Kappen sind aus einem Blech einstückig gebogen. Dabei ist nach der WO 2007/116118 AI entweder das Gehäuseoberteil oder das Gehäuseunterteil aus einem nichtmagnetischen Material und das jeweils andere Teil aus einem magnetischen Material herzustellen. Werden nichtmagnetische Stahlkappen als Gehäuseoberteil verwendet, bedingen sie zusätzliche Wirbelstromverluste, welche wiederum zur Erhöhung der Läufertemperatur beitragen und den Wirkungsgrad der Maschine verschlechtern. Ferner lassen sich einstückige Kappen nur eingeschränkt gestalten.

Bei einem Läufer nach der DE 10 2008 023 999 AI sind im Läuferblechpaket in Axialrichtung verlaufende Taschen vorgesehen, in welche die Magneten eingesetzt werden. Die Magneten werden dabei durch die tunnelartigen Taschen formschlüssig gehalten. Ein ähnliches Prinzip ist aus der DE 10 2008 018 724 AI bekannt. Bei diesen Läufern ist die Montage insbesondere bei Läufern großer Baulänge aufwendig. Auch werden die Magneten zur axialen Sicherung in die Taschen eingeklebt. Bei langen Läufern ist nicht sichergestellt, dass der Klebstoff bis in die Mitte der Taschen gelangt. Zumindest ist das Einbringen des Klebstoffs aufwendig. Ferner bestehen die die Magneten als Kappe haltenden Stege aus dem gleichen Material wie der Läufergrundkörper, also einem magnetischen Läuferblech. Auch bei dieser Lösung ist der magnetische Fluss nicht befriedigend, da magnetische Kappen Verluste in der Induktion durch einen parallelen Rückschluss (ein Rückschluss, der nicht durch den Stator geht) verursachen.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung das Problem zu Grunde, eine Befestigung für die Magneten an einem Bauteil einer elektrischen Maschine vorzuschlagen, durch welche die Magneten sicher gehalten sind, die Bruchgefahr für die Magneten bei einfacher und kostengünstiger Montage und die Entstehung unnötiger Verlustwärme minimiert ist. Zur Lösung dieses Problems ist das erfindungsgemäße Befestigungselement dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe ein Paket elektrisch gegeneinander isolierter Bleche aus einem nichtmagnetischen Material, insbesondere einem nichtmagnetischen Metall, vorzugsweise Aluminium aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen Bauteil sind zur Lösung dieses Problems die elektrisch gegeneinander isolierter Bleche jeweils in einer Radialebene der elektrischen Maschine angeordnet.

Durch die Verwendung von Kappen aus einem Blechpaket mit elektrisch gegeneinander isolierten Blechen wird die Entstehung von Wirbelströmen in der Kappe und damit die Entstehung von Verlustwärme aufgrund von Wirbelströmen in den Kappen wirksam vermieden. Ferner werden die Magneten durch die Kappen gesichert. Da der Stromfluss aufgrund von Wirbelströmen i in Axialrichtung der elektrischen Maschine (parallel zur Läuferlängsachse) gerichtet ist, sind die Bleche jeweils in einer Radialebene der elektrischen Maschine, welche auch einer Radialebene des Läufers entspricht. Durch die Isolation zwischen den Blechen wird der Stromfluss in Axialrichtung zwischen den Blechen unterbunden. Dabei brauchen die Bleche nicht exakt senkrecht zur Axialrichtung, also in einer „geometrischen" Radialebene angeordnet zu sein. Es ist ausreichend, wenn die Bleche zur Axialrichtung einen hinreichenden Winkel zur Axialrichtung einnehmen, um die Ausbildung von Wirbelströmen zu unterbinden. Jede Orientierung der Bleche, welche diese Bedingung erfüllt, wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung als Radialrichtung verstanden. Zwar ist es aus der DE 10 2006 056 942 AI prinzipiell bekannt, Blechpakete aus elektrisch gegeneinander isolierten Blechen aus nichtmagnetischen Metallen für Strukturbauteile elektrischer Maschinen zur Vermeidung von Wirbelströmen zu verwenden. Für Kappen zum Verankern von Magneten im Läufer ist diese Maßnahme bisher nicht vorgeschlagen worden.

Da die Kappen, wie oben beschieben, sandwichartig aus einzelnen Blechen hergestellt sind, sind durch entsprechendes Ausstanzen beliebige Konturen der Kappen sehr einfach herstellbar. Die Kontur, insbesondere die Innenkontur, der Kappen kann dadurch sehr leicht an die Magnetkontur angepasst werden. Die Magnetkontur kann somit dahingehend frei mit dem Ziel optimiert werden, die Induktion sinusförmig entlang des Rotorumfangs zu gestalten, um die Rastmomente zu minimieren und möglichst sinusförmige Spannungen in den Ständerwicklungen zu generieren. Die Kappen sind erfindungsgemäß aus nichtmagnetischen Blechen geschichtet. Aluminium ist hier wegen der guten Wärmeleitfähigkeit besonders geeignet. Seitlich des Magneten ist keine erhöhte magnetische Leitfähigkeit erwünscht, damit hier kein magnetischer Kurzschluss zwischen dem Nord- und dem Südpol des selben Magneten entsteht, sondern der magnetische Fluss über den Luftspalt der Maschine in den Stator und an anderer Stelle des Stators zurück über den Luftspalt durch einen entgegengesetzt magnetisierten Magnetpol weiter über den Rotorrückschlussring und dann zurück zum Magnetpol geleitet wird.

Die elektrische Isolierung der Bleche gegeneinander kann durch eine Isolierlage zwischen benachbarten Blechen gebildet werden, die aus einem die Bleche miteinander verklebenden Harz gebildet ist. Hierdurch können gesonderte Verbindungsmittel zum Verbinden der Bleche miteinander entfallen. Insbesondere können die aus der Herstellung elektrischer Maschinen prinzipiell bekannten Harze verwendet werden. Ihr Einsatz für die Herstellung elektrischer Maschinen ist erprobt und ihre Eignung erwiesen.

Insbesondere bei längeren Läufern empfiehlt es sich, mehrere Magneten in Axialrichtung der elektrischen Maschine gesehen hintereinander anzuordnen. Zwischen den einzelnen Magneten können dann Distanzstücke angeordnet werden, welche aus einem gut wärmeleitenden Material, wie beispielsweise Aluminium, hergestellt sein sollten. Hierdurch kann im Läufer entstehende Wärme gut an den Luftspalt abgegeben werden. Alternativ können die Distanzstücke auch aus einem nichtmetallischen elektrisch isolierendem Material hergestellt sein. Auch in diesem Fall ist es bevorzugt, wenn das Material gut wärmeleitend ist. Diese Distanzstücke werden am besten als integrierter Bestandteil der Kappe stirnseitig, also in Axialrichtung der elektrischen Maschine gesehen vorne und hinten, an dem Blechpaket der Kappe angebracht, vorzugsweise mit diesem verklebt. Diese Klebverbindung isoliert einerseits die Magnete gegen einander, was zur Verringerung der Wirbelströme in den Magneten beiträgt. Andererseits bildet die Klebschicht in Axialrichtung ein weichelastisches Element, welches die thermischen Spannungen verringert, die infolge der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Rotor und Magnetmaterial bei Temperaturänderung entstehen. Dabei reicht es aus, wenn stirnseitig nur auf einer

Seite des Blechpakets ein Distanzstück vorgesehen ist, so dass zwischen benachbarten Blechpaketen zweier Kappen immer ein Distanzstück vorgesehen ist. Vorzugsweise werden aber auf beiden Seiten der Blechpakete jeweils ein Distanzstück vorgesehen, und mit dem Blechpakete verbunden.

Zur erleichterten Montage der Kappe können die Bleche und, soweit für die Kappe vorgesehen, das Distanzstück bzw. die Distanzstücke mit Bohrungen versehen sein, die, wenn die Bleche und die Distanzstücke zur Kappe zusammen gesetzt sind, eine durchgehende, kanalartige Bohrung bilden. Für die Montage der Kappe kann dann gegebenenfalls das erste Distanzstück bzw. das erste Blech auf einen oder mehrere, vorzugsweise zwei, Stifte gesteckt werden. Sodann wird die zum benachbarten Blech weisende Oberfläche mit dem isolierenden Harz oder einem anderen geeigneten Klebstoff bestrichen und das nächste Blech auf die Stifte geschoben. Dieser Vorgang wird mit der vorgesehenen Anzahl von Blechen wiederholt und schließlich gegebenenfalls das andere Distanzstück auf die Stifte gesteckt und mit dem benachbarten Blech verklebt. Auf diese Weise lassen sich die Bleche sehr einfach fluchtend miteinander verkleben. Die Stifte können hinterher entfernt und gegebenenfalls die Bohrung mit einem Harz oder einem anderen Klebstoff verfüllt werden oder offen bleiben. Auch ist es möglich, die Stifte in den Bohrungen zu belassen, wobei dann eventuell überstehende Enden abgeschnitten werden. Ferner ist es dann wichtig, dass die Stifte, soweit sie aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt sind, elektrisch gegen die Bleche und gegebenenfalls die Distanzstücke isoliert sind. Es empfiehlt sich, zwei Bohrungen je Blech vorzusehen, und zwar jeweils eine Bohrung in jeweils einem Fuß links und rechts (in Axialrichtung der elektrischen Maschine gesehen) neben den Magneten. Hier ist ausreichend Raum zum vorsehen der Bohrungen. Die Magneten selbst sollten mit der Kappe verklebt sein. Ferner ist es auch vorteilhaft, wenn die Magneten zusätzlich mit dem Grundkörper des Läufers verklebt sind. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Magneten dabei vollständig mit Klebstoff ummantelt sind. Der Klebstoff bildet dann gleichzeitig einen Korrosionsschutz für die Magneten. Auch werden die Magneten sehr gut durch die Kappe am Läufergrundkörper gehalten. Dieses kann weiterhin dadurch unterstützt werden, indem an den Distanzstücken ein Kragen angeordnet ist, der die Magneten überragt.

': Durch die Kappen sollten die Magneten formschlüssig an einem Grundkörper des Bauteils gehalten werden. Zu diesem Zweck sind nach einer konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung im Grundkörper Schwalbenschwanznuten vorgesehen. Die Kappen weisen eine hierzu korrespondierende, etwa trapezförmige Kontur auf, so dass die Kappen in Radialrichtung des Grundkörpers gesehen formschlüssig gehalten sind. In dieser Radialrichtung wirken auf die Magneten aufgrund der Fliehkraft besonders hohe Kräfte, die aufgrund des Formschlusses sicher gehalten werden. Ferner lassen sich die Magneten hierdurch bereits magnetisiert am Grundkörper montieren. Für offene, also den Magneten nicht kappenartig abdeckende Magnethalter sind solche Schwalbenschwanzführungen prinzipiell aus der KR 100703564 Bl (entsprechend WO 2007/119952 AI) bekannt. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, die Magneten erst zu magnetisieren, wenn sie in die Kappen eingesetzt oder auch erst nachdem die Kappen mit den Magneten am Läufer montiert worden sind.

Um die Anlagefläche der Kappen in den Nuten zu erhöhen, können seitlich in den Nuten Vertiefungen angeordnet sein, in welche Füße der Kappen eingreifen. Die Füße stehen also zum Läufergrundkörper hin über die Magneten vor. Dadurch wird auf überraschend einfache Weise erreicht, dass die Induktion außerhalb des Magnetpols stark verringert wird und so das Optimum, der Sinusverlauf mit Nulldurchgang zwischen benachbarten Polen nahezu erreicht wird.

Zusätzlich oder Alternativ können die Magneten mit den Kappen auch durch beispielsweise Klebung mit dem Grundkörper verbunden werden. Hierfür ist nach einer weiteren konstruktiven Ausgestaltung in den Nuten jeweils wenigstens ein Kanal angeordnet. Mittels dieses Kanals wird ein Klebstoff eingebracht. Ferner können am Nutgrund Auflagestege für die Magneten vorgesehen sein, so dass sich unter den Magneten Taschen für die Aufnahme des Klebstoffs bilden. Hierdurch ist sichergestellt, dass sich trotz der magnetischen Anziehungskräfte zwischen den Magneten und den Grundkörper gepresst werden kann. Außerdem ist durch die Taschen eine Mindestdicke der Klebstoffschicht vorgegeben. Hierdurch ist die Klebstoffschicht weich genug, um thermische . Spannungen zwischen dem Grundkörper und den Magneten weit genug zu reduzieren und so ein Brechen der Magneten zu verhindern. Die Dicke der Klebstoffschicht zwischen dem bzw. den Magneten, der Kappe und dem Läufergrundkörper sollte so bemessen sein, dass die Schubkräfte aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnung der verschiedenen Materialien gut aufnehmen kann.

Als Klebstoff eignet sich ein weichelastischer Klebstoff besonders gut. Vorzugsweise wird Silikon verwendet. Silikon beginnt in der Regel unter den üblichen Betriebstemperaturen unter Last zu kriechen, verformt sich also plastisch. Dieses ist bei einer gleichzeitigen formschlüssigen Verbindung der Magneten über die Kappen mit dem Grundkörper unproblematisch. Die Glasumwandlungstemperatur dieser Klebstoffe liegt unter der Betriebstemperatur üblicher elektrischer Maschinen. Temperaturstabile Klebstoffe sind hundertfach steifer. Die weichelastischen Klebstoffe, wie Silikon, haben gegenüber den temperaturstabilen Klebstoffen den Vorteil, dass aufgrund der niedrigeren Steifigkeit der Klebstoffschicht entsprechend kleinere Spannungen aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnungen von Magneten und Grundkörper entstehen.

Es ist aber auch denkbar, einen steifen Klebstoff, wie zum Beispiel einen Epoxidharzklebstoff, zu verwenden, dessen Glasumwandlungstemperatur über der Betriebstemperatur der elektrischen Maschine, in welche die Kappen mit den Magneten eingebaut sind, liegt. Dadurch, dass die Glasumwandlungstemperatur über der Betriebstemperatur liegt, ist kein Kriechen zu erwarten. Bei diesen harten Klebstoffen muss die Klebschichtdicke größer gestaltet werden, um wiederum ein weiches Verhalten der Klebschicht gegenüber den sich bei Temperaturerhöhung unterschiedlich ausdehnenden Werkstoffen zu gewährleisten, und somit die thermischen Spannungen unterhalb der Festigkeitsgrenzen der Bauteile und des Klebstoffes zu begrenzen. Je nach Länge des Bauteils können in Axialrichtung gesehen zwei oder mehr hintereinander liegende Kappen vorgesehen sein. Hierdurch ist die Handhabung der entsprechend kleineren Kappen erleichtert. Ferner lassen sich durch die axiale Unterteilung Temperaturspannungen aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnungen des Läuferwerkstoffes und des Magnetwerkstoffes verringern. Dabei können benachbarte Kappen ebenfalls elektrisch gegeneinander isoliert werden. Die Länge der Kappen ist dabei vorzugsweise auf die Länge der Magneten abgestimmt. Zwischen den Kappen können zur verbesserten Magnetkühlung Aluminiumbleche angeordnet sein, welche die Magneten ggf. auch beabstandet halten. Die Aluminiumbleche leiten Wärme aufgrund ihrer guten Wärmeleitfähigkeit seitlich aus den Magneten ab und geben die Wärme in den Luftspalt und in das Blechpaket des Läufers ab. Sie sollten ebenfalls gegen Bleche der Kappen elektrisch isoliert sein. Benachbarte Kappen können miteinander verklebt werden. Die Klebstoffschicht sollte so dick sein, dass die Kappen nicht nur gegeneinander isoliert, sondern auch in Axialrichtung thermische Spannung verringert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Baugruppe mit einem

Befestigungsmittel mit den Erfindungsmerkmalen in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2 ein Detail der Baugruppe gemäß Fig. 1 in vergrößerter perspektivischer Ansicht,

Fig. 3 ein Teil eines teilmontierten Läufers einer elektrischen Maschine mit dem Befestigungsmittel gemäß Fig. 1 in perspektivischer Ansicht,

Fig. 4 ein Detail des teilmontierte Läufers gemäß Fig. 3 in Stirnansicht, Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Baugruppe mit einem erfindungsmäßen Befestigungsmittel in Draufsicht,

Fig. 6 die Baugruppe gemäß Fig. 5 im Vertikal-Längsschnitt,

Fig. 7 die Baugruppe gemäß Figur 5 im Radial-Längsschnitt,

Fig. 8 die Baugruppe gemäß Fig. 5 in perspektivischer Unteransicht. In Fig. 3 ist ein Läufergrundkörper 10 gezeigt, der in bekannter Weise aus einem Blechpaket gebildet ist. Der Läufergrundkörper 10 weist mittig eine Bohrung 11 zur Aufnahme einer Läuferwelle auf. Auf seiner Mantelfläche weist der Läufergrundkörper 10 über seinen Umfang äquidistant verteilte Nuten 12 auf, welche zur Aufnahme von Magneten, konkret Permanentmagneten 13 dienen. Zum Befestigen der Permanentmagneten 13 in den Nuten 12 des Läufergrundkörpers 10 dienen Befestigungselemente, die als Kappen 14 ausgebildet sind. Diese Kappen 14 sind in Fig. 1 und 2 im Einzelnen gezeigt. Jede der Kappen 14 bildet gemeinsam mit den durch sie gehaltenen Magneten 13 einen magnetischen Pol der elektrischen Maschine. Dabei kann in jeder Kappe 14 genau ein Permanentmagnet 13 angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, in jeder Kappe 14 zwei oder mehr Permanentmagneten 13 in Axialrichtung und/ oderTangentialrichtung des Läufergrundkörpers 10 gesehen hinter- bzw. nebeneinander anzuordnen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Permanentmagneten 13 in Tagentialrichtung gesehen nebeneinander und jeweils nur eine Reihe von Permanentmagneten 13 in Axialrichtung hintereinander je Kappe 14 angeordnet.

Die Kappen 14 sind aus einem Paket hintereinander geschichteter Bleche 15 aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet. Die Bleche 15 sind aus einem nichtmagnetischen Metall hergestellt. Aluminium kommt wegen seiner hohen Wärmeleitfähigkeit bevorzugt zum Einsatz. Benachbarte Bleche 15 sind durch eine Isolierlage 16 aus einem elektrisch isolierenden Material elektrisch gegeneinander isoliert. Die Bleche 15 und die Isolierlagen 16 sind im vorliegenden Fall exakt senkrecht zur Rotationsachse (Längsmittelachse) des Läufers, also jeweils exakt in einer Radialebene angeordnet. Die Bleche 15 selbst sind vergleichsweise (im Verhältnis zur Länge des Läufers in seiner Längsachse gesehen) dünn ausgebildet. Hierdurch können sich in den Blechen 15 keine oder zumindest keine nennenswerten Wirbelströme aufgrund des in der elektrischen Maschine wirkenden dynamischen magnetischen Flusses ausbilden. Es versteht sich, dass zur Vermeidung solcher Wirbelströme die Bleche 15 nicht exakt in einer Radialebene des Läufers, welche hier als geometrische Radialebene bezeichnet werden könnte, sondern unter Umständen auch unter einem bestimmten Winkel hierzu angeordnet sein können. Wichtig ist nur, dass die Bleche 15 so ausgerichtet und so dünn sind, dass die Ausbildung der Wirbelströme verhindert ist. Jede Ausrichtung der Bleche 15, die diese Bedingung noch erfüllte, wird deshalb im Rahmen der vorliegenden Offenbarung als Radialebene angesehen. Aus fertigungstechnischen Gründen ist die Anordnung der Bleche 15 exakt in der geometrischen Radialebene aber bevorzugt.

Als Isolierlage 16 eignen sich besonders die aus der Fertigung elektrischer Maschinen bekannten Harze, mittels derer sich die einzelnen Bleche 15 gleichzeitig untereinander verkleben lassen. Gesonderte Verbindungsmittel zum Verbinden der Bleche 15 untereinander sind dann nicht mehr erforderlich. Falls erforderlich können die Bleche 15 aber auch zusätzlich oder alternativ untereinander miteinander verbunden, beispielsweise verstiftet werden. Wichtig ist nur, dass unabhängig von der verwendeten Verbindungstechnik kein elektrischer Kontakt der Bleche 15 untereinander besteht.

Die Kappe 14 ist brückenartig ausgebildet mit seitlichen Füßen 17 und einem Steg 18. Die Kontur des Steges 18 ist dabei dem Außenradius des Läufers angeglichen, indem der Steg 18 in ebene Abschnitte unterteilt ist, die jeweils tangential zum Läuferumfang ausgerichtet sind. Im vorliegenden Fall sind drei Abschnitte 19, 20 und 21 vorgesehen.

Äußere Flanken 22 der Füße 17 sind so ausgebildet, dass sich die Kappe 14 zum Läufergrundkörper 10 hin trapezartig erweitert. Hierzu korrespondierend sind die Nuten 12 (Fig. 3) im Läufergrundkörper 10 als Schwalbenschwanznuten ausgebildet, so dass sich die Kappen 14 in Axialrichtung des Läufers gesehen in die Nuten 12 einschieben lassen, während sie in Radialrichtung gesehen formschlüssig gehalten werden. Fig. 3 zeigt den Läufergrundkörper 10 mit einer teilweise eingeschobenen Kappe 14. Wie ebenfalls in Fig. 3 gut zu erkennen ist, werden in jede Nut 12 zwei Kappen 14 in Axialrichtung gesehen hintereinander liegend aufgenommen. Die Kappen 14 bilden mit den Nuten 12 Taschen 23, in welche die Permanentmagneten 13 eingelegt sind. Im vorliegenden Fall nimmt jede Tasche 23 drei nebeneinander liegenden (in Umfangsrichtung des Läufers gesehen) Permanentmagneten 13 auf.

Die Füße 17 stehen nach unten (zur Läufermittelachse hin) gegenüber den Permanentmagneten vor. Hierzu korrespondierend sind seitlich in den Nuten 12 Vertiefungen 24 vorgesehen, in welche die Füße 17 eingreifen. Die Füße 17 stehen also zum Läufergrundkörper 10 hin (das heißt, bei einem Innenläufer zur Läuferwelle 11 hin nach innen und bei einem Außenläufer von der Rotationsachse des Läufers weg nach außen) über die Magneten 13 vor.: Aus magnetischen Gründen darf das Läufereisen des Läufergrundkörpers 10 nicht zu weit an den Luftspalt der elektrischen Maschine herangeführt werden. Andererseits ist eine ausreichende Verankerung der die Magneten 13 haltenden Kappen 14 im Läufergrundkörper 10 wegen der im Betrieb der elektrischen Maschine auftretenden Fliehkräfte erforderlich. Durch die nach unten (zur Läuferwellen 11 hin) vorstehenden Füße 17 wird die Anlagefläche der Flanken 22 in den Nuten 12 vergrößert. Ob und wie weit die Füße 17 vorstehen, hängt von den tatsächlich auftretenden Fliehkräften und der Werkstofffestigkeit ab. Ferner wird dadurch auf überraschend einfache Weise die Induktion außerhalb des Magnetpols stark verringert, und so das Optimum, der Sinusverlauf mit Nulldurchgang zwischen benachbarten Polen nahezu erreicht wird. Weiterhin sind am Grund der Nuten 12 über die Breite der Nuten 12 verteilte

Kanäle 25 vorgesehen. Nachdem die Kappen 14 mit den Permanentmagneten 13 in die Nuten 12 eingesetzt sind, kann in diese Kanäle 25 ein weichelastischer Klebstoff eingebracht werden, mit dem die Permanentmagneten 13 zusätzlich mit dem Läufergrundkörper 10 verklebt werden. Ferner sind jeweils zwischen Kanälen 25 und randseitig neben den Vertiefungen 24 Auflagestege 26 vorgesehen, auf welchen die Permanentmagneten 13 aufliegen. Hierdurch werden zwischen den Auflagestegen 26 unter den Permanentmagneten 13 Klebstofftaschen 27 gebildet, in denen sich Klebstoff gut verteilt, wenn er über die Kanäle 15 in die Klebstofftaschen 27 eingepresst wird. Mit der Höhe der Stege 26 wird die Klebstoffdicke festgelegt. Diese wird so eingestellt, dass Temperaturspannungen auf ein für den Magnetwerkstoff und den Klebstoff erträgliches Maß reduziert sind. Als weichelastischer Klebstoff eignet sich insbesondere Silikon.

Die in den Fig. 5 bis 8 gezeigte Kappe 28 ist, wie die Kappe 14 aus einem Paket hintereinander geschichteter Bleche 15 gebildet, welche miteinander durch eine Isolierlage 16 miteinander verbunden sind. Dieses geschieht durch Verkleben der Bleche 15 miteinander durch ein geeignetes Harz. Die Kappe weist an ihren Stirnseiten, also in Axialrichtung des Läufers gesehen vorne und hinten, Distanzstücke 29 auf, welche die Permanentmagneten 13 auch stirnseitig bedecken. Wie besonders gut in Fig. 6 zu erkennen ist, weisen die Distanzstücke 29 eine senkrechte Wand 30 auf, deren Kontur mit der Kontur der in der Kappe 28 angeordneten Permanentmagneten 13 korrespondiert. Die Distanzstücke 29 weisen weiterhin an ihrer Oberseite einen nach innen zu den Permanentmagneten 13 hin gerichteten Kragen 31 auf, der die Permanentmagneten 13 übergreift. Die Permanentmagneten 13 werden somit auch durch die Distanzstücke 29, konkret durch deren Kragen 31 formschlüssig gehalten.

Im Übrigen korrespondiert die Kontur der Distanzstücke 29 zur Kontur der Bleche 15. Sie weisen ebenfalls eine trapezartige Flanke 32 und Füße 33 auf.

Die Kappe 28 unterscheidet sich von der Kappe 14 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 4 auch noch durch durchgehende Bohrungen 34, welche durch die Distanzstücke 29 und jedes der Bleche 15 geführt ist. Im konkreten Ausführungsbeispiel sind die Bohrungen 34 im Bereich der Füße 33 angeordnet, was aber nicht zwingend erforderlich ist. Diese Position bietet sich aus Raumgründen an. Die Bohrungen 34 können aber auch an jeder beliebigen anderen Stelle vorgesehen sein, an der es möglich ist Bohrungen längs durch die gesamte Kappe 28, also durch die Distanzstücke 29 und jedes der Bleche 15 zu führen. Im vorliegenden Fall ist jede Kappe 28 mit zwei Bohrungen 34, nämlich mit jeweils einer Bohrung 34 in jedem der Füße 33 zu versehen. Eine abweichende Zahl von Bohrungen 34 ist aber denkbar.

Mittels der Bohrungen 34 werden die Distanzstücke 29 und die Bleche 15 auf Stifte 35 gesteckt (Fig. 8) und mittels des Harzes miteinander verklebt. Anschließend werden die Permanentmagneten 13 wie in Fig. 8 dargestellt von unten in die so gebildete Kappe 28 eingeklebt. Hierzu kann jeder geeignete Klebstoff, insbesondere auch das zum Verkleben von Stator- und Läuferblechen von elektrischen Maschinen bekannte Harz und auch ein weichelastischer Klebstoff, insbesondere Silikonkleber, verwendet werden. Dabei werden die Permanentmagneten vollflächig in die Kappe 28 eingeklebt und auch untereinander verklebt. Nun können die Stifte 35 entfernt und die Bohrungen 34 gegebenenfalls mittels eines Harzes verfüllt werden. Alternativ können die Stifte 35 auch in der Bohrung 34 verbleiben und eventuell überstehende Stummel abgeschnitten werden. Wichtig ist nur, dass sie elektrisch gegen die Bleche 15 und die Distanzstücke 29 isoliert sind.

Die insoweit vorbereitete Baugruppe aus der Kappe 28 mit den eingeklebten Magneten 13 wird nun, wie schon anhand des ersten Ausführungsbeispiels anhand der Fig. 3 erläutert, in die Nuten 12 des Läufergrundkörpers 10 eingeschoben. Schließlich wird derselbe Klebstoff, mit welchem die Magnete 13 schon in der Kappe 28 eingeklebt wurden, noch in die Kanäle 25 unter den Magneten 13 gedrückt, so dass jeder Magnet 13 vollständig mit Klebstoff ummantelt ist. Der Klebstoff dient dabei gleichzeitig auch zum Korrosionsschutz für die Magneten 13.

Vorstehend ist die Erfindung anhand eines Beispiels eines Läufers, auch als Rotor bezeichnet, einer permanent erregten elektrischen Maschine in Innenläuferbauweise erläutert worden. Die Erfindung eignet sich aber auch genauso gut für elektrische Maschinen in Außenläuferbauweise, Linearmotoren oder zum Befestigen von Magneten an einem Stator.

10 Läufergrundkörper

11 Bohrung

12 Nut

13 Permanentmagnet

14 Kappe

15 Blech

16 Isolierlage

17 Fuß

18 Steg

19 Abschnitt

20 Abschnitt

21 Abschnitt

22 Flanke

23 Tasche

24 Vertiefung

25 Kanal

26 Auflagesteg

27 Klebstofftasche

28 Kappe

29 Distanzstück

30 Wand

31 Kragen

32 Flanke

33 Fuß

34 Bohrung

35 Stift

Claims

Ansprüche

Befestigungselement zum Befestigen eines Magneten (13) an einem Bauteil einer elektrischen Maschine, insbesondere einem Läufer, aus einer Kappe (14, 28), dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe (14, 28) ein Paket elektrisch gegeneinander isolierter Bleche (15) aus einem nichtmagnetischen Material, insbesondere einem nichtmagnetischen Metall, vorzugsweise Aluminium, aufweist.

Befestigungselement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Isolierlage (16) zwischen benachbarten Blechen (15) aus einem die Bleche (15) miteinander verklebenden Harz gebildet ist.

Befestigungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zu einer Seite, vorzugsweise zu beiden Seiten, des Paketes aus elektrisch gegeneinander isolierter Bleche (15) ein Distanzstück (29) aus einem gut wärmeleitenden Material, insbesondere Aluminium, angeordnet ist, welches den Magneten (13) stirnseitig bedeckt.

Befestigungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zu einer Seite, vorzugsweise zu beiden Seiten, des Paketes aus elektrisch gegeneinander isolierter Bleche (15) ein Distanzstück (29) aus einem nichtmetallischen elektrisch isolierendem Werkstoff besteht, angeordnet ist, welches den Magneten (13) stirnseitig bedeckt.

Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (15) und gegebenenfalls das Distanzstück (29) mit wenigstens einer Bohrung versehen sind, so dass eine durchgehende Bohrung (34) in dem Paket gebildet ist.

6. Befestigungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Bohrungen (34) vorgesehen sind, von denen jeweils eine Bohrung (34) in einem der Füße zu beiden Seiten des Magneten (13) angeordnet ist.

7. Baugruppe einer elektrischen Maschine aus wenigstens einem Magneten (13) und einem Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

8. Baugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneten (13) in die Kappe (14, 28) eingeklebt sind.

9. Baugruppe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das

Distanzstück einen die Magneten (13) überragenden Kragen (31) aufweist. 10. Bauteil, insbesondere Läufer, einer elektrischen Maschine mit einem Grundkörper (10) und an dem Grundkörper (10) mittels einer Kappe (14, 28) befestigten Magneten (13), dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe (14, 28) aus einem Paket elektrisch gegeneinander isolierter Bleche (15), aus einem nichtmagnetischen Material, insbesondere einem nichtmagnetischem Metall, vorzugsweise Aluminium, gebildet ist, welche jeweils in einer

Radialebene der elektrischen Maschine angeordnet sind.

11. Bauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Isolierlage (16) zwischen benachbarten Blechen (15) aus einem die Bleche (15) miteinander verklebenden Harz gebildet ist.

12. Bauteil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass im

Grundkörper (10) Schwalbenschwanznuten (12) vorgesehen sind und die Kappen (14, 28) eine hierzu korrespondierende, etwa trapezförmige Kontur aufweisen, und seitlich in de Nuten Vertiefungen (24) angeordnet sind, in welche Füße (17) der Kappen (14) eingreifen.

13. Bauteil nach einem der AnsprüchlO bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneten (13) mit der Kappe (14, 28) und dem Grundkörper (10) verklebt sind, so dass die Magneten (13) vollständig mit Klebstoff ummantelt sind.

14. Bauteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein steifer Klebstoff, wie zum Beispiel ein Epoxidharzklebstoff, verwendet wird, dessen Glasumwandlungstemperatur über der Betriebstemperatur der Maschine liegt.

15. Bauteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein weichelastischer Klebstoff, wie zum Beispiel Silikon, verwendet wird.

16. Bauteil nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in den Nuten (12) wenigstens ein Kanal (25) zum Einbringen eines Klebstoffes (25) angeordnet ist.

17. Bauteil nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (12) Klebstofftaschen (27) aufweisen, welche durch Auflagestege (26) für die Magneten (13) gebildet sind.

18. Bauteil nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass in die

Kanäle (25) und/oder die Klebstofftaschen (27) ein weichelastischer Klebstoff, insbesondere Silikon, eingebracht ist. Bauteil nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in Axialrichtung gesehen zwei oder mehr hintereinander liegende Kappen (14) vorgesehen sind.

Bauteil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Kappen (14) miteinander verklebt sind.