DE102005049541A1 - Rotor for an electric machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung beschreibt einen Rotor für eine elektrische Maschine, umfassend einen auf einer Welle (12) angeordneten Rotorkörper (14) und wenigstens einen in den Rotorkörper (14) integrierten Permanentmagneten (16), wobei der Rotorkörper (14) aus einem weichmagnetisch modifizierten Kunststoff und der wenigstens eine Permanentmagnet (16) aus einem hartmagnetisch modifizierten Kunststoff bestehen.The Invention describes a rotor for an electric machine, comprising a rotor body (14) arranged on a shaft (12) and at least one permanent magnet integrated in the rotor body (14) (16), wherein the rotor body (14) made of a magnetically modified plastic and the at least one permanent magnet (16) made of a hard magnetic modified Plastic exist.
Description
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen bürstenlosen Synchronmotor, umfassend einen Rotorkörper, der auf einer Welle angeordnet ist, und wenigstens einen in den Rotorkörper integrierten Permanentmagneten.The The invention relates to a rotor for an electric machine, in particular for a brushless synchronous motor, comprising a rotor body, which is arranged on a shaft, and at least one in the rotor body integrated permanent magnet.
Aus dem Stand der Technik sind Rotoren mit Permanentmagneten für elektrische Maschinen bekannt, bei denen die Permanentmagnete in den Rotorkörper eingebettet sind, d.h. die Permanentmagnete sind von dem Rotorkörper vollständig umgeben. Derartig integrierte Permanentmagnete werden auch als vergrabene oder verdeckte Permanentmagnete bezeichnet.Out In the prior art are rotors with permanent magnets for electrical Machines are known in which the permanent magnets embedded in the rotor body are, i. the permanent magnets are completely surrounded by the rotor body. Such Integrated permanent magnets are also called buried or hidden Designated permanent magnets.
In
Aus WO 03/88450 ist ebenfalls ein Rotor mit Permanentmagneten bekannt, die in den Rotorkörper integriert sind, wobei der Rotorkörper ein die Permanentmagnete umschließendes, einstöckiges Eisenpulverpressteil mit in drei Hauptrichtungen guter magnetischer Leitfähigkeit ist. Das Eisenpulverpressteil ist insbesondere aus SMC-Material (Soft Magnetic Composite). Die Permanentmagnete haben die Form von schalenförmigen Segmenten. Ein solcher Rotorkörper wird mit Hilfe einer Pressform hergestellt, die aus einem vollzylindrischen Innenformteil und einem konzentrisch angeordneten, hohlzylindrischen Außenformteil besteht. In den Hohlraum zwischen Innenformteil und Außenformteil werden die schalenförmigen Permanentmagnete positioniert, bevor der Zwischenraum zwischen den Permanentmagneten mit Eisenpulver befüllt wird. Nach dem Verpressen und der ggf. thermischen Nachbehandlung wird der Pressling aus der Pressform entfernt.Out WO 03/88450 also discloses a rotor with permanent magnets. in the rotor body are integrated, wherein the rotor body a the permanent magnets enclosing, storey Iron powder compact with good magnetic properties in three main directions conductivity is. The iron powder compact is in particular made of SMC material (Soft Magnetic Composite). The permanent magnets are in the form of cup-shaped segments. Such a rotor body is made with the help of a mold, which consists of a fully cylindrical Inner molding and a concentrically arranged, hollow cylindrical Outer molding consists. In the cavity between the inner molding and outer molding become the cupped ones Permanent magnets positioned before the gap between the Permanent magnet is filled with iron powder. After pressing and the possibly thermal treatment is the compact from the Press mold removed.
Die Herstellung der aus dem Stand der Technik bekannten Rotoren mit integrierten Permanentmagneten ist vergleichsweise aufwändig, da die Permanentmagnete separat hergestellt werden und entweder nachträglich einzeln in den Rotorkörper z.B. mittels Kleben eingebracht werden oder positionsgenau in der Pressform angeordnet werden müssen. Der Rotorkörper muss außerdem in einem separaten Schritt auf die Welle aufgebracht werden.The Production of known from the prior art rotors with integrated permanent magnet is relatively expensive because the permanent magnets are manufactured separately and either subsequently individually in the rotor body e.g. be introduced by gluing or positionally accurate in the Press mold must be arranged. Of the rotor body must also be applied to the shaft in a separate step.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Rotor für eine elektrische Maschine mit integrierten Permanentmagneten bereitzustellen, der einfach herstellbar ist.task The present invention is therefore a rotor for an electric Machine with integrated permanent magnets to provide the easy can be produced.
Offenbarung der Erfindungepiphany the invention
Der erfindungsgemäße Rotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass er vergleichsweise einfach, d.h. in wenigen Arbeitsschritten, herstellbar ist.Of the rotor according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that it comparatively simple, i. in a few steps, can be produced.
Er kann insbesondere mittels Mehrkomponenten-Spritzgießens in einem Schritt hergestellt werden, so dass der Rotorkörper und der wenigstens eine in den Rotorkörper integrierte Permanentmagnet insbesondere ein Kunststoffspritzgießteil bilden.He can in particular by means of multi-component injection molding in be made a step, so that the rotor body and the at least one permanent magnet integrated in the rotor body in particular, form a plastic injection molded part.
Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Rotors mittels Mehrkomponenten-Spritzgießens wird der Rotorkörper, z.B. ein zylinderförmiger Rotorkörper, insbesondere einstöckig an die Welle angeformt. Das Umspritzen der Welle zum Formen des Rotorkörpers erfolgt mit einem weichmagnetisch modifizierten Kunststoff. Der weichmagnetisch modifizierte Kunststoff ist bevorzugt ein Eisen-Silizium-Pulver enthaltender thermoplastischer Kunststoff. Andere weichmagnetische Materialien, z.B. Eisen oder Nickel-Eisen, sind ebenfalls geeignet, einen thermoplastischen Kunststoff oder eine Mischung thermoplastischer Kunststoffe weichmagnetisch zu modifizieren.at the manufacture of the rotor according to the invention by means of multi-component injection molding is the Rotor body e.g. a cylindrical one Rotor body especially one-story molded to the shaft. The encapsulation of the shaft for molding the rotor body done with a soft magnetic modified plastic. Of the soft magnetic modified plastic is preferably an iron-silicon powder containing thermoplastic. Other soft magnetic materials, e.g. Iron or nickel-iron, are also suitable for a thermoplastic Plastic or a mixture of thermoplastics soft magnetic to modify.
Mit einem hartmagnetisch modifizierten Kunststoff wird wenigstens ein in den Rotorkörper integrierter Permanentmagnet angespritzt. Es können auch zwei und mehrere in den Rotorkörper integrierte Permanentmagnete angespritzt werden. Bei zwei und mehreren Permanentmagneten sind die Permanentmagnete vorzugsweise in Umfangsrichtung des Rotorkörpers äquidistant angeordnet, d.h. sie sind in Rotordrehrichtung um gleiche Polteilung versetzt angeordnet. Andere, aus dem Stand der Technik bekannte Positionierungen sind auch möglich. Die integrierten oder vergrabenen Permanentmagnete sind z.B. im Wesentlichen rechteckförmig oder schalenförmig und sind axial angeordnet, so dass sie von einer Stirnseite zur anderen durch den Rotorkörper hindurchgehen. Der hartmagnetisch modifizierte Kunststoff ist vorzugsweise ein thermoplastischer Kunststoff, welcher z.B. ein Ferrit, AlNiCo, NdFeB oder SmCo enthält.With a hard magnetically modified plastic is at least one in the rotor body integrated permanent magnet molded. It can also be two and more in the rotor body integrated permanent magnets are molded. With two and more Permanent magnets are the permanent magnets, preferably in the circumferential direction of the rotor body equidistant arranged, i. they are in the rotor rotation direction by the same pole pitch staggered. Others known in the art Positioning is also possible. The integrated or buried permanent magnets are e.g. in the Essentially rectangular or cupped and are arranged axially so as to be from one end face to the other others through the rotor body pass. The hard magnetic modified plastic is preferably a thermoplastic which is e.g. a ferrite, AlNiCo, NdFeB or SmCo contains.
Als thermoplastischer Kunststoff für die weichmagnetisch und hartmagnetisch modifizierten Kunststoffe eignet sich beispielsweise Polypropylen oder Polyamid. Andere thermoplastische Kunststoffe sowie Mischungen von thermoplastischen Kunststoffen können ebenfalls verwendet werden.As a thermoplastic material for the soft magnetic and hard magnetic modified plastics is for example polypropylene or polyamide. Other thermoplastics and mixtures of thermoplastic fen can also be used.
Der weichmagnetisch modifizierte Kunststoff und der hartmagnetisch modifizierte Kunststoff können weitere, aus dem Stand der Technik bekannte Additive zur Modifizierung der chemischen und physikalischen Eigenschaften des Kunststoffs enthalten.Of the soft magnetic modified plastic and the hard magnetic modified Plastic can further, known from the prior art additives for modification the chemical and physical properties of the plastic contain.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Rotors, bei dem ein Rotorkörper aus einem weichmagnetisch modifizierten Kunststoff und wenigstens ein in den Rotorkörper integrierter Permanentmagnet aus einem hartmagnetisch modifizieren Kunststoff durch Spritzgießen geformt werden.Another The invention relates to a method for producing the rotor according to the invention, in which a rotor body made of a magnetically modified plastic and at least one in the rotor body integrated permanent magnet made of a hard magnetic modify Plastic by injection molding be formed.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Rotors basiert auf dem aus dem Stand der Technik bekannten Mehrkomponentenspritzgießen, mit dem die Kombination unterschiedlicher Kunststoffe zu einem kompletten Formteil in einem Fertigungsgang möglich ist. Das erfindungsgemäße Verfahren hat somit den Vorteil, dass die Herstellung des Rotors aus einem Rotorkörper und wenigstens einem in den Rotorkörper integrierten Permanentmagneten in einem Schritt erfolgt. Dies bedeutet, dass der wenigstens eine Permanentmagnet nicht in einem separaten Verfahren hergestellt werden muss, um anschließend in den Rotorkörper integriert zu werden. Das Spritzgießverfahren erlaubt es, den wenigstens einen Permanentmagneten beim Formen in den Rotorkörper zu integrieren. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann beim Formen des Rotorkörpers in einem Spritzgießwerkzeug eine axiale Öffnung zur Aufnahme der Welle vorgesehen werden. Nach dem Einspritzen des hartmagnetisch modifizierten Kunststoffs zum Formen der integrierten Permanentmagnete kann der fertige Spritzling auf eine Welle aufgebracht werden. Das Aufbringen kann z.B. mechanisch erfolgen.The inventive method for the production of the rotor according to the invention is based on the known from the prior art multi-component injection molding, with the combination of different plastics to a complete molding possible in one production run is. The inventive method has the advantage that the production of the rotor from a rotor body and at least one permanent magnet integrated in the rotor body done in one step. This means that the at least one Permanent magnet can not be manufactured in a separate process must to subsequently in the rotor body to be integrated. The injection molding process allows the at least one permanent magnet when molding in the rotor body integrate. By the method according to the invention, in shaping of the rotor body in an injection mold an axial opening be provided for receiving the shaft. After injecting the Hard magnetically modified plastic for molding the integrated Permanent magnets, the finished molding can be applied to a shaft become. The application may e.g. done mechanically.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Rotorkörper durch Umspritzen einer Welle mit einem weichmagnetisch modifizierten Kunststoff geformt. In dieser Ausführungsform erfolgt demnach sowohl das Formen des Rotorkörpers durch Spritzgießen aus einem weichmagnetisch modifizierten Kunststoff und das Formen des wenigstens einen integrierten Permanentmagneten durch Spritzgießen aus einem hartmagnetisch modifizierten Kunststoff als auch das Anformen des Rotorkörpers an die Welle in einem Schritt. Dies bedeutet, dass der Rotorkörper mit dem wenigstens einen integrierten Permanentmagneten nicht in einem separaten Verfahren hergestellt wird, um anschließend auf eine Welle aufgebracht zu werden. Das bevorzugte Spritzgießverfahren erlaubt es, den Rotorkörper beim Formen an die Welle anzuformen.In a preferred embodiment becomes the rotor body by encapsulating a shaft with a soft magnetic modified Plastic molded. Accordingly, both occur in this embodiment the shaping of the rotor body by injection molding made of a magnetically modified plastic and molding of the at least one integrated permanent magnet by injection molding a magnetically modified plastic as well as the molding of the rotor body to the shaft in one step. This means that the rotor body with the at least one integrated permanent magnet not in one separate process is prepared to subsequently to be applied a wave. The preferred injection molding process allows the rotor body to mold to the shaft when molding.
Vorzugsweise erfolgt das Formen eines Rotorkörpers durch Umspritzen einer Welle mit einem weichmagnetisch modifizierten Kunststoff in einer ersten Kavität eines Formwerkzeugs und das Formen wenigstens eines in den Rotorkörper integrierten Permanentmagneten durch Einspritzen eines hartmagnetisch modifizierten Kunststoffs in einer zweiten Kavität desselben Formwerkzeugs. Vor dem Einspritzen des weichmagnetisch modifizierten Kunststoffs wird eine Welle in die erste Kavität des Formwerkzeugs eingelegt. Das fertige Spritzgießteil, der Rotor, wird nach dem Umspritzen der Welle und dem Einspritzen des hartmagnetisch modifizierten Kunststoffs entformt.Preferably the forming of a rotor body takes place by encapsulating a shaft with a soft magnetic modified Plastic in a first cavity a mold and the forming of at least one integrated into the rotor body Permanent magnets by injection of a hard magnetic modified Plastic in a second cavity of the same mold. Before injecting the magnetically modified plastic a shaft is inserted into the first cavity of the mold. The finished injection molded part, the Rotor, after the encapsulation of the shaft and the injection of the demolded hard magnetically modified plastic.
Für das Mehrkomponenten-Spritzgießen sind aus dem Stand der Technik verschiedene Verfahrensvarianten bekannt. Beim Mehrkomponten-Spritzgießen mit Umsetztechnik wird nach dem Einspritzen der ersten Komponente, hier des weichmagnetisch modifizierten Kunststoffs, in der ersten Kavität der unfertige Spritzling in die zweite Kavität, z.B. mit Hilfe einer Handhabungseinrichtung, umgesetzt. Alternativ verbleibt bei dem Verfahren mit Dreh- oder Verschiebetechnik der unfertige Spritzling nach dem Einspritzen der ersten Komponente in einer Werkzeughälfte der ersten Kavität und ein Werkzeugteil, z.B. eine Werkzeughälfte, wird in eine neue Position verschoben oder gedreht.For multi-component injection molding are Various variants of the prior art are known. In multi-component injection molding with transfer technique, after the injection of the first component, here of the magnetically modified plastic, in the first cavity of the unfinished Injection molding into the second cavity, e.g. with the help of a handling device implemented. Alternatively remains in the process with rotary or sliding technology of the unfinished Mold after injection of the first component in a mold half of first cavity and a tool part, e.g. a tool half, will be in a new position moved or rotated.
Die Aufmagnetisierung der Permanentmagnete erfolgt nach dem Spritzgießen, beispielsweise nach dem Entformen des Rotorkörpers mit integrierten Permanentmagneten in einer dem Fachmann bekannten Weise. Alternativ kann das Aufmagnetisieren auch während des Spritzgießens erfolgen, indem eine Magnetisierungsspule in das Formwerkzeug integriert wird.The Magnetization of the permanent magnets takes place after the injection molding, for example after the demolding of the rotor body with integrated permanent magnets in a manner known to the person skilled in the art Wise. Alternatively, the magnetization can also during the injection molding done by integrating a magnetizing coil in the mold becomes.
Der erfindungsgemäße Rotor eignet sich als Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere einen bürstenlosen Synchronmotor.Of the rotor according to the invention is suitable as a rotor for an electric machine, in particular a brushless synchronous motor.
Ausführungsbeispielembodiment
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Die
einzige Figur zeigt schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors
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