用于制造电机的轮辐转子的方法和设备与流程

本发明涉及一种用于制造电机的轮辐转子、即具有轮辐状布置的磁体的转子的方法。

背景技术：

用于电机的轮辐转子通常具有芯部和多个永磁体，永磁体轮辐状地布置在芯部中。永磁体通常沿切向交替地反向地被极化，从而磁性北极与磁性南极始终沿轮辐转子的周向交替。沿切向在永磁体之间，芯部集聚磁通量并且将磁通量沿径向向外引导至芯部的外周面，芯部通常构造成板叠组。为了将最大部分的磁通量引入电机的空隙中通过各个极的连接桥的磁损通量应当最小。

在制造这些轮辐转子时，永磁体在经磁化的状态下安装在芯部处。在此不利的是，永磁体必须相对于芯部运动。因为永磁体和芯部相互吸引，产生显著的摩擦力。尤其在芯部由堆叠的冲压板形成时，芯部的表面构造得特别粗糙。永磁体尤其在为烧结的永磁体时大多需要防腐蚀涂层，防腐蚀涂层可通过摩擦力被损坏。这些带有受损伤的防腐蚀涂层的永磁体具有降低的使用寿命。

在de102011115454a1中提出用于制造轮辐转子的方法，其中未经磁化的硬磁性的材料与芯部的部段连接并且在连接之后进行磁化。虽然以这种方式可防止对永磁体上的防腐蚀措施的损害以及漏损通量。但是后续需要很高成本将强磁性且带有公差的单个部段精确地组装成转子。

技术实现要素：

在此基础上提出目的是，能够制造使用寿命高、漏损通量最小的轮辐转子且在尽可能简单的生产技术中制造该轮辐转子。

该目的通过用于制造电机的轮辐转子的方法实现，其中，提供围绕旋转轴线布置的空心圆柱形的芯部，芯部具有内周面，在内周面上布置多个用于分别容纳永磁体的凹口，并且其中，多个永磁体分别单独地通过沿着垂直于旋转轴线布置的径向的运动被引入空心圆柱形的芯部中的凹口中。

根据本发明，永磁体在径向上运动并且在这种情况下被引入芯部的内周面处的凹口中。虽然芯部和永磁体在引入时会相互吸引，从而在永磁体的表面和芯部之间出现摩擦。但是永磁体在出现摩擦期间的位移对应于永磁体在径向上的伸展并且运动方向平行于通常经涂层的单个板件地伸延。由此，摩擦仅在沿径向引入永磁体的相对短时的期间出现，由此减小了对永磁体的保护层的损害并且提高了永磁体的使用寿命。

优选地，空心圆柱形的芯部构造成板叠组。板叠组能具有多个堆叠的板件。板叠组的板件可具有基本上环形的横截面，即，板件的材料能够在空心圆柱形的芯部的周向上完整地环绕。这种板件提供了高的机械强度，但是能够在板材料中实现磁通量的回路，该回路此时不会参与由电机形成扭矩。替代地，可将板件分段，其中，板件优选构造成弧形区段。通过这种板件防止磁通量在板件中的不期望的回路，但是芯部会相对轻微地机械扭曲。已经发现有利的是，空心圆柱形的芯部构造成板叠组，板叠组具有横截面基本为环形的板件和构造成弧形区段的板件。通过这样混合不同的板件可提供具有高的机械强度和足够效用的空心圆柱形的芯部。

根据本发明的优选的实施方式，在将永磁体引入到凹口中之前形成永磁体，其中，为了形成永磁体提供尤其方形的、经磁化的硬磁性的块体。硬磁性的块体在其未连接的状态下的磁化可以比在与芯部连接的状态下以更高的精度来进行。

在上下文中有利的是，永磁体的形成依次单独地进行，其中，两个相继的永磁体分别具有相反的磁性。由此形成的永磁体此时可经由引入装置依次地引入到芯部中的相邻的凹口中，从而实现永磁体在芯部中的布置，其中，相邻的永磁体在切向上被磁化，并且相邻的永磁体的磁化在切向上交替。在这种布置中，磁性南极与磁性北极在芯部的周向上交替。

根据本发明的优选实施方式，永磁体具有高度和长度，并且高度与长度的比例小于或等于0.1、优选小于或等于0.07、特别优选小于或等于0.05。在此，永磁体沿着其磁化方向、即在引入到芯部中的状态下在切向或周向上布置的方向的尺寸称为永磁体的高度。在此方面，永磁体构造为方形磁体，其中磁化方向垂直于相对置的最大面地延伸。或者换句话说：磁极位于最大面上。永磁体的长度理解为永磁体的在引入到芯部中的状态下在空心圆柱形的芯部的轴向上伸延的尺寸。

一种有利的设计方案在于，永磁体在引入到凹口中时通过引导部在径向上被引导并且通过冲头压入到凹口中。引导部能使永磁体机械稳定并且基于磁性吸引力抵抗不期望的分开。在此，通过冲头将相应的永磁体压入相应的凹口中。引导部优选指向凹口，例如引导部的引导面与凹口的一个或多个内壁齐平地布置。引导部例如可具有两个压钳，压钳保持永磁体与相应的凹口对齐，而冲头将永磁体压入凹口中。特别优选地，压钳作用到永磁体上的压力是可调节的。

根据优选的设计方案，永磁体借助引入装置引入到凹口中，并且在将第一永磁体引入到第一凹口中之后，在将第二永磁体引入到第二凹口中之前，芯部相对于引入装置转动或引入装置相对于芯部转动。通过引入装置和芯部的相对转动，芯部的多个凹口能够高效地依次插入永磁体。芯部优选地通过保持装置保持，保持装置能相对于引入装置相对转动。

一种优选的设计方案是，首先在空心圆柱形的芯部的全部凹口中引入永磁体，然后借助传感器、尤其借助霍尔传感器直接在内周面处检测磁场，从而探测有缺陷的永磁体或极性。为了探测可将传感器引入空心圆柱形的芯部中。芯部能相对于传感器转动，或传感器能相对于芯部转动。

根据优选的设计方案，转子支架与空心圆柱形的芯部如此连接，使得转子支架的外周面与空心圆柱形的芯部的内周面贴靠。芯部与转子支架的连接优选在将永磁体引入芯部中的凹口中之后实施。通过与转子支架连接，在芯部的内周面处的凹口可以封闭，从而确保容纳在凹口中的永磁体不会意外地从凹口中滑出。

在这方面，已经证明有利的是，在转子支架与空心圆柱形的芯部连接之前，在转子支架的外周面上施加粘结剂，粘结剂在转子支架与空心圆柱形的芯部连接时进入空心圆柱形的芯部的凹口中并且固定永磁体。通过粘结剂可降低永磁体在凹口内滑动的风险。

为了实现开头所述目的还提出用于制造电机的轮辐转子的设备，设备包括保持装置和引入装置，保持装置用于保持围绕旋转轴线布置的空心圆柱形的芯部，芯部具有内周面，在内周面上布置有多个用于分别容纳永磁体的凹口，引入装置用于借助沿着垂直于旋转轴线布置的径向的运动将永磁体引入空心圆柱形的芯部的凹口中。

该设备可实现与结合根据本发明的方法已经描述的相同的优点。

保持装置优选具有多个壳区段，尤其两个半壳。壳区段可具有贴靠面，贴靠面匹配空心圆柱形的芯部的外周面并且在保持芯部时贴靠在外周面上。保持装置优选由非铁磁性材料、例如塑料、尤其硬塑料构成，从而无需担心与芯部或永磁体的相互磁作用。

根据本发明的优选的实施方式，设备具有用于形成永磁体的磁化装置，磁化装置设置用于对尤其方形的硬磁性的块体进行磁化。磁化装置可具有磁体输入部件，经由磁体输入部件能将硬磁性的块体输送给磁化装置的分配机构。经由分配机构可将块体单个地送入磁化装置的磁化工具中。磁化工具优选包括电磁体，电磁体的磁场是可调节的。

引入装置能将永磁体从磁化装置输送到芯部的相应凹口中。

附图说明

下面应根据附图中示出的实施例描述本发明的其他细节和优点。其中示出：

图1示出了轮辐转子的一种实施例的局部剖切的立体图；

图2示出了根据图1的轮辐转子的芯部的沿着第一剖切平面的示意性剖视图；

图3示出了根据图1的轮辐转子的芯部的沿着第二剖切平面的示意性剖视图；

图4示出了用于制造轮辐转子的设备的示意图；

图5示出了用于在制造轮辐转子时保持芯部的保持装置的第一实施例的立体的剖视图；

图6示出了用于在制造轮辐转子时保持芯部的保持装置的第二实施例的立体的剖视图；

图7示出了磁化装置的一种实施例的示意图；

图8示出了引入装置的一种实施例的剖视图；

图9示出了根据图8的引入装置的立体图；

图10示出了根据图8的引入装置的变体的剖视图；

图11和图12示出了具有永磁体的引入装置的示意图，以清楚地示出在将永磁体引入到凹口中的过程；

图13示出了用于组装芯部与转子支架的组装设备的立体的剖视图。

具体实施方式

在图1中示意性地示出了借助根据本发明的方法制造的轮辐转子1的一种实施例。轮辐转子1能作为永久励磁的转子安装在电机中、例如发电机或电动机中。

轮辐转子1包括空心圆柱形的芯部2，芯部围绕旋转轴线a布置。芯部构造成板叠组。芯部3具有基本上呈环形的横截面。在芯部的内周面4上设有多个凹口6，在凹口中分别布置永磁体3。永磁体3构造成方形并且具有基本上相当于空心圆柱形的芯部的高度的长度。永磁体还具有高度h。高度h与长度l的比例小于或等于0.1、优选小于或等于0.07、特别优选小于或等于0.05。在此，高度h相当于永磁体3沿永磁体磁化方向的尺寸，即其磁化轴线的方向的尺寸。永磁体3如此布置在芯部2中，使得永磁体的磁化沿切向定向。此外，永磁体3如此布置，使得永磁体交替反向地极化，从而磁性北极与磁性南极始终在轮辐转子的周向上交替。芯部2在永磁体3的切向之间集聚磁通量并且将磁通量沿径向向外引导至芯部3的外周面5。

转子支架7贴靠在芯部2的内周面4处，转子支架承载芯部2和永磁体3。转子支架7包括具有环形横截面的止挡部，芯部2贴靠在止挡部上。芯部2和转子支架7彼此连接，尤其借助粘结方式彼此连接。

下面根据图2和图3中的示意图描述芯部2的构造。图2中的示意图示出了根据图1的芯部2的沿着第一剖切平面的示意性剖视图。在该剖切平面中，芯部2具有构造成弧形区段9的板件。在各个弧形区段9之间分别设有空隙10，空隙一方面形成用于容纳永磁体3的凹口并且另一方面防止在芯部2之内的磁通量在示出的剖切平面中不期望地闭合。图3示出了芯部2沿着第二剖切平面的示意性剖视图。在第二剖切平面中设有环形的板件12，环形的板件具有基本上环形的横截面以及凹口6。凹口6分别通过连接部11限定，连接部使得板材料之内的磁通量在空心圆柱形的芯部2的周向上能够完全地环绕。芯部2的各个板件在轴向上彼此电绝缘。在芯部2的板件中还设有孔13，孔未被充满。这些孔用于降低重量并且能在制造中用于容纳工具。芯部以混合的结构形式制成，从而结合分段构造(图2)的优点与完整剖面(图3)的优点。在此，完整剖面以规则的间距设置在芯部中并且接受磁短路路径，参见图1。

为了制造轮辐转子1可采用下面即将详细阐述的方法。图4示出了用于制造电机的轮辐转子1的这种方法的示意性流程图。在该方法中，在提供步骤101中提供围绕旋转轴线a布置的空心圆柱形的芯部2，芯部具有内周面4，在内周面上布置多个用于分别容纳永磁体3的凹口6。在引入步骤102中，永磁体3分别单独地通过沿着垂直于旋转轴线a布置的径向r的运动被引入空心圆柱形的芯部2中的凹口6中，参见图1。可选地，在查验步骤103中能借助传感器、尤其借助霍尔传感器检测芯部2的内周面4，以探测有缺陷的永磁体3或极性。接下来，在连接步骤104中，转子支架7与空心圆柱形的芯部2如此连接，使得转子支架7的外周面与空心圆柱形的芯部2的内周面4实施贴靠。

用于制造电机的这种轮辐转子1的相应设备具有用于保持围绕旋转轴线布置的空心圆柱形的芯部2的保持装置20。图5以立体的剖视图示出了这种用于保持空心圆柱形的芯部2的保持装置20的实施例。保持装置20调整环，使环稳定并且优选能转动环。此外，芯部2可以在其被输送至用于制造轮辐转子1的设备的不同位置期间保留在保持装置20中。保持装置20优选由非铁磁性的材料形成，例如由硬塑料形成。保持装置20包括两个构造成半壳的壳区段21，在图5中仅示出了其中一个。该壳区段在形状方面匹配芯部的外直径地容纳芯部2并且沿径向保持芯部。具有贴靠面的止挡部22位于壳区段的下侧，芯部2沿轴向贴靠在贴靠面上。为了容纳芯部2，壳区段21朝向彼此运动，从而固定地包围芯部2。

如在图6中所示，芯部能经由压块23在轴向上被加载力f1。以这种方式能将芯部的各个板件在轴向上压在一起，从而稳固地保持芯部2并且从除了内周面4的所有侧面夹紧。凹口6保持可接触性，板叠组的高度公差得到补偿。

在将永磁体3引入到凹口6中之前，形成永磁体3，其方式是通过提供方形的硬磁性的块体3’，其中借助图7中示出的磁化装置30使块体磁化。磁化装置30具有磁体输入部件31，磁体输入部件根据输入软管的类型构造。硬磁性的块体3’经由磁体输入部件31输送至分配机构32。分配机构32使得块体3’能够单独地引入到磁化装置30的磁化工具33中。在磁化工具33中分别依次地形成永磁体3，其中，两个相继的永磁体3分别具有相反的磁性。经磁化的永磁体3从磁化工具33中落下并且通过引入装置40的两个非磁性的保持槽41接收并夹紧。

引入装置40如此设计，使得永磁体3通过沿着垂直于旋转轴线a布置的径向r的运动引入到空心圆柱形的芯部2的凹口6中。保持槽41是引入装置40的引导部的一部分，引导部使得永磁体3在引入凹口6中时在机械方面稳定并且由于磁性吸引力抵抗不期望的彼此分开，参见图8至图12。为了引入永磁体3，带有永磁体3的保持槽41朝芯部2中的凹口6行驶。保持槽41被轻微松开并且通过冲头42引导永磁体3通过保持槽41并且压入凹口6中，参见图11和图12。

如在图10中所示，冲头42能经由可转动地支承的杠杆43进行运动，力f2作用到杠杆上。

在将第一永磁体3引入到芯部2中后，在将第二永磁体3引入到芯部2的第二凹口6中前，芯部2相对于引入装置40转动。

在芯部2的全部凹口6均插入永磁体3之后，将带有芯部2的保持装置20运送至设备的另一位置，在该另一位置中形成与转子支架7的连接。

在与转子支架7连接之前，能将具有霍尔传感器的探测器引入内直径中并且使带有插入的芯部2的保持装置20转动。将该信号与理论信号进行比较，从而提前识别出并且必要时更换极性错误的或未正确磁化的永磁体3。

图13示出了芯轴50，转子支架7容纳在芯轴上。借助芯轴50如此连接转子支架7与空心圆柱形的芯部2，使得转子支架7的外周面与空心圆柱形的芯部2的内周面4贴靠。容纳在芯轴50上的转子支架7在环绕的区域中设有粘结剂14。带有插入的芯部2的保持装置20准确地同心地位于转子支架7下方。将转子支架从上方引入或压入芯部2的内部空间中。粘结剂14延展并且被挤入所有间隙中。在此，粘结剂也附着在永磁体3上并且防止永磁体进一步移动。因此，转子支架7极大地确保了结构的之后的圆度。

最后松开保持装置20。芯轴50将制成的轮辐转子1拉向上并且将其引至输出部。根据粘结剂的硬化时间还可以在芯轴50上进行平衡过程。

上述用于制造电机的轮辐转子1的设备包括保持装置20以及引入装置40，保持装置用于保持围绕旋转轴线a布置的空心圆柱形的芯部2，芯部具有内周面4，多个用于分别容纳永磁体3的凹口6布置在内周面上，引入装置用于借助沿着垂直于旋转轴线a布置的径向r的运动将永磁体3引入空心圆柱形的芯部2的凹口中。

附图标记列表

1轮辐转子

2空心圆柱形的芯部

3永磁体

4内周面

5外周面

6凹口

7转子支架

8止挡部

9弧形区段

10空隙

11连接部

12环形的板件

13孔

14粘结剂

20保持装置

21壳区段

22止挡部

23压块

30磁化装置

31磁体输入部件

32分配机构

33磁化工具

40引入装置

41保持槽

42冲头

43杠杆

50芯轴

101提供步骤

102引入步骤

103查验步骤

104连接步骤

a旋转轴线

f1、f2力

h芯部的高度

l芯部的长度

r径向