用于电动机的转子.pdf

一种用于电动机的转子，其具有中心转子轴(2)和固定在转子轴上的永磁转子体，其中，转子体设有与转子轴(2)径向间隔的外罩(8)，其中，在转子轴(2)与外罩(8)之间构造有毗邻外罩(8)的第一环形空间，该第一环形空间被至少部分地掺入磁性颗粒的合成材料(10)浇铸。

权利要求书1.  一种用于电动机的转子，具有中心转子轴(2)和固定在所述转子轴上的永磁转子体，其特征在于，所述转子体具有与所述转子轴(2)径向间隔的外罩(8)，其中，在所述转子轴(2)与所述外罩(8)之间构造有毗邻所述外罩(8)的第一环形空间，所述第一环形空间被至少部分地掺入磁性颗粒的合成材料(10)浇铸。2.  根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述外罩(8)由于浇铸所述合成材料(10)而发生弹性和/或塑性形变。3.  根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述外罩(8)由金属制成，特别是由不锈钢制成。4.  根据前述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，所述外罩(8)具有封闭的周面。5.  根据前述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，所述转子轴(2)被特别是呈铁环形式的软磁性环(4)围绕，所述第一环形空间被构造在所述软磁性环(4)的外周与所述外罩(8)之间。6.  根据权利要求5所述的转子，其特征在于，第二环形空间被构造在所述转子轴(2)的外周与所述软磁性环(4)之间并被合成材料(6)浇铸。7.  根据前述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，所述转子体的至少第一环形空间在至少一个轴向侧优选在两个轴向侧上被盖片(12)覆盖。8.  根据权利要求7所述的转子，其特征在于，所述盖片(12)由金属制成。9.  根据权利要求7或8所述的转子，其特征在于，所述盖片(12)与所述外罩(8)、所述转子轴(2)和/或围绕所述转子轴(2)的所述软磁性环(4)连接，特别是焊接。10.  根据前述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，所述磁 性颗粒包含铁氧体或钕。11.  根据前述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，所述转子轴(2)由陶瓷制成。12.  根据前述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，所述转子轴(2)的外周、所述外罩(8)的内周和/或围绕所述转子轴(2)的所述软磁性环(4)在表面上具有条纹。13.  一种电动机，其特征在于，具有如前述权利要求中任一项所述的转子。14.  一种泵机组，其特征在于，具有被构造为如权利要求13所述的电动机的驱动电机。15.  一种制造用于电动机的转子的方法，其特征在于，具有以下步骤：将径向间隔地围绕转子轴(2)的外罩(8)放入注塑模具中，使得毗邻所述外罩(8)、在所述外罩的朝向所述转子轴(2)的内侧上构成第一环形空间，将掺入磁性颗粒的合成材料(10)喷射到所述第一环形空间中。16.  根据权利要求15所述的方法，其特征在于，将间隔地围绕所述转子轴(2)的软磁性环(4)与所述转子轴(2)一起放入注塑模具中，其中，在所述环(4)与所述转子轴(2)之间构成第二环形空间，所述第二环形空间被合成材料(6)浇铸，以及在所述软磁性环(4)的外周与所述外罩(8)之间构造所述第一环形空间，所述第一环形空间被所述掺入磁性颗粒的合成材料(10)浇铸。17.  根据权利要求16所述的方法，其特征在于，首先浇铸所述第二环形空间，并在第二步骤中浇铸所述第一环形空间。18.  根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，在浇铸所述第二环形空间之前，将所述转子轴(2)、所述软磁性环(4)和所述外罩(8)放入注塑模具中。

说明书用于电动机的转子
技术领域
本发明涉及一种具有如权利要求1前序部分所述特征的用于电动机的转子，以及一种具有这种转子的电动机、一种具有这种电动机的泵机组和一种制造这种转子的方法。
背景技术
在具有永磁转子的电动机中，需要在转子中设置永磁体。为此，例如公知由铁片构造转子体，并将永磁体安装在铁片的凹口中。也公知由可永久磁化的材料构造转子体，并且通过磁化在转子体中构造电磁体。转子体通常抗扭地与中心转子轴连接。
发明内容
本发明的目的在于以如下方式改进用于电动机的转子，使其更易于制造。
该目的通过一种具有如权利要求1所述特征的用于电动机的转子、一种具有如权利要求13所述特征的电动机以及一种具有如权利要求15所述特征的制造这种转子的方法得以解决。特别优选地，可以将根据本发明的转子安装在用作泵机组的驱动电机的电动机中。这种泵机组在权利要求14中被限定。
优选的实施方式由从属权利要求、以下的说明以及附图给出。
根据本发明的用于电动机的转子以公知的方式具有中心转子轴，在该中心转子轴上固定有永磁的转子体。也就是说，转子体具有永磁的磁极。根据本发明，转子体由合成材料(塑料)制成。为此，转子体具有与转子轴径向间隔的外罩。该外罩被设置为，在转子轴与外罩的内周之间构造有直接毗邻外罩的内周的第一环形空间。利用合成材料将该第一环形空间浇铸为，使合成材料被直接浇在外罩上。因此，合成材料直接贴靠在外罩的内周上，并根 据第一优选实施方式也贴靠在转子轴的外周上，并由此建立与外罩以及根据需要与转子轴的连接。在此，在合成材料与外罩以及根据需要与转子轴之间产生形状配合和/或材料配合的连接。合成材料同时还构成转子体。为此在合成材料中嵌入磁性颗粒，磁性颗粒用于使转子体具有期望的永磁特性。优选地，磁性颗粒从外部可磁化，并保留通过磁化产生的、永磁的特性。由此，可以通过在注塑之前将磁性颗粒添加入合成材料并通过浇铸或注塑一方面构成转子体，并且同时建立与周围的外罩和根据需要与转子轴的连接，以非常简单的方式构造转子。用于构造磁极的限定的磁化可以如下方式实现。
优选将外罩构造为，通过优选在压力下的注塑(喷射铸造)中实现合成材料的浇铸，使得外罩发生弹性和/或塑性形变。通过弹性形变可以产生预应力，其产生作用于合成材料的径向向内取向的压力，并为此用于固定住转子体。由此可以通过弹性补偿合成材料在冷却时的收缩，从而也在收缩时确保外罩可靠地接触合成材料以及根据需要确保合成材料可靠地接触转子轴。
优选外罩由金属、特别是由不锈钢制成。外罩在外周上围绕由合成材料制成的转子体，并能够构成具有磁性颗粒的合成材料的封装的部分。这在例如应用于泵机组中的湿运行电动机中是特别有利的，因为通过这样的封装可以保护磁性颗粒免于腐蚀。
为了封装，优选外罩具有封闭的周面。
根据另一优选实施方式，转子轴被特别是呈铁环形式的软磁性环围绕，第一环形空间构造在软磁性环的外周与外罩之间。软磁性环用于闭合转子中的磁路，使得例如由非磁性材料构成的转子轴也能够得以使用。具有磁性颗粒的、构造永磁转子体的合成材料在此被浇铸在该软磁性环的外周与外罩的内周之间，从而使该合成材料浇铸在该环和外罩上，并在环与外罩之间建立固定的连接。
还优选将软磁性环构造为，其与转子轴径向间隔地设置。也就是说，在软磁性环与转子轴的外周之间构造第二环形空间。优选地，该第二环形空间同样以合成材料浇铸。合成材料被浇铸在环和转子轴上，并贴靠在转子轴的外周和软磁性环的内周上，并将环和转子轴形状配合和/或材料配合地彼此固定连接。还优选地，该合成材料是不添加磁性颗粒的合成材料。
至少转子体的毗邻周围的外罩的第一环形空间优选在至少一个轴向侧 上、进一步优选在两个轴向侧上被盖片覆盖。由此，优选盖片与外罩一起共同构成具有磁性颗粒的合成材料的封装，从而使磁性颗粒设置在封闭的空间中并且因此以防止受潮。这用于防腐蚀，这特别是在湿运行电动机中使用转子时是有利的。
优选地，至少一个盖片由金属制成。如果存在两个盖片，则优选两个盖片均由金属制成。特别优选地，该金属是不锈钢。
至少一个盖片可以与外罩和/或围绕转子轴的软磁性环连接，特别是焊接。由此，外罩可以与设置在两个轴向端部上的盖片和径向内置的软磁性环一起构成用于具有磁性颗粒的合成材料的密封的封装。替代地，例如当不存在软磁性环时，盖片也可以在内周上直接与转子轴连接。
优选地，磁性颗粒包含钕和/或铁氧体(Ferrit)或完全由钕或铁氧体构成。钕的使用能够在结构紧凑的同时产生强磁场。
优选地，转子轴由陶瓷制成。其优点在于，可以省略支承元件或支承部件，因为转子轴本身具有所需的支承特性并由此能够直接滑动地接触围绕的支承环。在使用由陶瓷制成的转子轴时上述由软磁性材料制成的内环的优点在于，当转子轴本身不具有软磁性特性时该内环确保转子中的磁通量。
根据另一优选实施方式，在转子轴的外周上、外罩的内周上和/或围绕转子轴的软磁性环的表面上构造条纹(Profilierung，轮廓)。该条纹用于实现与浇铸的合成材料更好的连接。特别优选地，在转子轴的外周上引入凹槽，例如在陶瓷轴中磨刻凹槽。在此优选将凹槽安置为，其至少部分地相对于周向方向倾斜地延伸，从而能够通过沿周向方向和轴向方向的形状配合地接合实现力传递，用于沿两个方向均形状配合地将合成材料固定在轴上。如果软磁性环设置为围绕转子轴，则优选相应的凹槽也构造在环的外周和/或内周上。在此也优选将凹槽设计为，其优选相对于周向方向倾斜地延伸。理想地，既将凹槽设计为沿周向方向延伸，也将其设计为倾斜地延伸。相应的凹槽也可以构造在外罩的内周上。如果相对于周向方向倾斜延伸的凹槽被构造在所提到的表面上，则优选将其构造为至少设计两个沿相反方向倾斜延伸的凹槽。由此，能够在合成材料与设有凹槽的构件之间实现张紧。也可以构造确保形状配合地与合成材料接合的相应地构成的突出部或其他合适的条纹，以代替凹槽。
除了转子，本发明还涉及一种具有根据前述说明的转子的电动机。在此特别是湿运行电动机，即密封管电机(密封电机)。此外，本发明还涉及一种具有这种电动机的泵机组。该泵机组可以例如是循环泵机组，特别是热循环泵机组。前述转子恰好在这种泵机组中具有优点，因为该转子制造成本低、具有强磁性特性，此外优选能够通过周围的外罩、盖片和内置的软磁性环或转子轴实现对易腐蚀的磁性材料的完全封装。由此，转子可以良好地安装在例如在泵机组的驱动电机中使用的湿运行电动机中。
此外，本发明还涉及一种制造用于电动机的转子、特别是前述转子的方法。根据本发明的方法具有以下步骤：
在该方法的一步骤中，将随后在转子中径向间隔地围绕转子轴的外罩安装在注塑模具中，在此在模具中在外罩的随后朝向转子轴的内周上构成第一环形空间。
在下一步骤中，将事先掺入磁性颗粒的合成材料喷射在该环形空间中。在此优选地，合成材料直接接触外罩的内周并与外罩建立固定连接。根据第一优选实施方式，同时将转子轴与外罩一起放入注塑模具中，且第一环形空间从转子轴的外周延伸至外罩的内周。那么，该环形空间完全由掺入磁性颗粒的合成材料所填充。
根据第二优选实施方式，将间隔地围绕转子轴的软磁性环与转子轴一起放入注塑模具中，从而在该环与转子轴之间构成第二环形空间。以合成材料浇铸该第二环形空间。在此，可以是没有磁性颗粒的合成材料。在软磁性环的外周与外罩之间构成前述第一环形空间，以掺入磁性颗粒的合成材料浇铸该第一环形空间。对第一环形空间和第二环形空间的浇铸可以同时发生。然而，优选地其逐步地实现，使得首先浇铸软磁性环与转子轴之间的第二环形空间，在第二步中浇铸软磁性环与外罩之间的第一环形空间。替代地，也可以首先将软磁性环和外罩放入注塑模具中，从而在两者之间构造第一环形空间，并以掺入磁性颗粒的合成材料浇铸该第一环形空间。然后可以将该预先制成的组件与转子轴一起放入注塑模具中，此后如所描述的，利用合成材料浇铸在软磁性环与转子轴之间的第二环形空间。这种两个步骤的浇铸的优点在于，可以使用两种不同的合成材料，一种没有磁性颗粒的合成材料以及一种具有磁性颗粒的用于填充第一环形空间的合成材料。对第一环形空间和第 二环形空间的浇铸可以在同一注塑模具中实现，在此根据需要使用关闭在各个步骤中不被浇铸的空间的型芯，或者也可以使用两个不同的模具，可将在第一模具中预先制成的组件放入第二模具中用于另一环形空间的浇铸。在仅使用一个模具时，优选可以在浇铸软磁性环与转子轴之间的第二环形空间之后，才将外罩安装在该模具中。由此可以在第一步骤中在浇铸第二环形空间时，首先由成型件(例如型芯)填充软磁性环的周围空间，该成型件然后被取出或移开以浇铸第一环形空间，以构成该环形空间。
优选将模具构造为，外罩能够在某种程度上弹性或塑性地沿径向方向扩展，以产生前述预应力。
特别优选地将模具构造为，能够在制造过程开始时将工作流程中的所有待浇铸的部件放入模具中，也就是说，优选在第二环形空间的第一次浇铸之前将转子轴、软磁性环和外罩放入注塑模具中。
还优选地，在浇铸之后安装上述盖片，然后将盖片与外罩和转子轴或与外罩和软磁性环焊接。此外，也优选在转子体完全浇铸之后实施用于在转子体中构造永磁磁极的磁化。
附图说明
以下参照附图对本发明进行示例性描述。其中示出：
图1是根据本发明的转子的分解图，
图2是根据图1的转子的剖视图，
图3是根据图1的转子的整体立体图，
图4是根据图1的转子的局部剖切的立体图，以及
图5是具有根据图1至图4的转子的泵机组。
具体实施方式
根据本发明的优选实施方式，在图中示出的转子1具有由陶瓷材料制成的中心轴2。相对于轴2的纵轴线X径向间隔地设置铁环4。该呈铁环4形式的软磁性环被径向间隔为，使得在相对于纵轴线X同心延伸的铁环4的内周与轴2的外周之间保留环形空间。该环形空间由合成材料6填充。合成材料6在注塑中被引入铁环4与轴2之间的自由空间中，并且材料配合或形状 配合地将铁环4与轴2连接。
在铁环4的径向外部设有外罩8。该外罩8由不锈钢构成，并具有圆柱形外形的套筒形状。外罩8的内周与铁环4的外周径向间隔，从而在外罩8与铁环4之间构成环形空间。该环形空间由具有嵌入的磁性颗粒的合成材料10填充。该具有嵌入的磁性颗粒(例如钕颗粒)的合成材料10在注塑中被浇铸到外罩8与铁环4之间的环形空间中，使得该合成材料例如通过形状配合和/或材料配合同时建立了铁环4与外罩8之间的固定连接。在喷射合成材料10时，外罩8优选沿径向方向扩张从而发生弹性形变，该弹性形变导致径向向内取向的预应力。这用于使得各层，即外罩8、合成材料10、铁环4和合成材料6固定地保持在轴2上，即使在合成材料收缩时。
由此构成的转子体的轴向端部由两个盖片12覆盖，所述盖片跟外罩8一样由不锈钢制成。盖片12具有环形的外形，该环形外形具有相应于铁环4与外罩8之间的第一环形空间的宽度的环宽度。由此盖片12可以在其外周上与外罩8焊接并且在其内周上与铁环4焊接，从而使具有嵌入了磁性颗粒的合成材料10被防水地完全封装在由外罩8、盖片12和铁环4包围的第一环形空间内部。由此，保护合成材料10中的磁性材料免于腐蚀。替代地，也可以将盖片12的内周与轴2焊接，例如在该轴不是由陶瓷而是由金属制成时。在这种情况下，也许可以省略第二环形空间中的内部铁环4和合成材料6，因为由轴2的材料可以确保磁通量。在该情况下，第一环形空间可以达到轴2的外周上，并且合成材料10可以延伸直到靠近轴2。
在制造时，优选首先将轴2、铁环4和外罩8放入注塑模具中，在此将注塑模具构造为，使得这些构件彼此保持在限定的位置中。随后优选首先将合成材料6喷射到轴2与铁环4之间的第二环形空间中。随后在第二步骤中，将具有磁性颗粒的合成材料10喷射到铁环4与外罩8之间的第一环形空间中。在此优选将模具构造为，外罩8可以沿周向方向或径向方向扩张，以产生所述预应力。在将合成材料6注塑到第二环形空间期间，可以由合适的型芯封闭铁环4与外罩8之间的第一环形空间。替代地，注塑也可以在两个步骤中在两个模具内发生。因此，在第一模具中首先可以通过以合成材料10浇铸在外罩与铁环之间构成的第一环形空间来将外罩8与铁环彼此连接或浇铸。然后，可以将如此预先制成的组件与转子轴2一起放入第二模具中，在 此可以由合成材料6浇铸在铁环4与转子轴2之间构成的环形空间，以将铁环4与转子轴2固定地连接。
为了实现在合成材料6与轴2以及铁环4之间的更好的连接，在轴2的外周中引入凹槽14并在铁环4的内周上引入凹槽16。例如，可以在轴2的外周中磨刻凹槽14。凹槽14和凹槽16用于合成材料6与铁环4和轴2的形状配合的接合。凹槽14和凹槽16既具有沿周向方向延伸的凹槽，也具有相对于周向方向倾斜延伸的凹槽。在此如轴2的示例所示，设置两个交叉的、倾斜延伸的凹槽，以实现合成材料6与轴2或铁环4之间的张紧。在此凹槽14和凹槽16延伸使得，可以通过形状配合来沿轴向和周向方向实现力传递。
此外，为了改进合成材料10与铁环4的连接，在铁环4的外周上构造凹槽18。这些凹槽如前述凹槽14和凹槽16一样沿周向方向和相对于周向方向倾斜地延伸，使得在合成材料10与铁环4之间也实现形状配合的接合，该接合能够实现沿轴向方向和周向方向的力传递。
合成材料10中的磁性颗粒的磁化在较晚的时间点进行，以能够构成具有永磁特性的限定的磁极。在合成材料10注塑之后还以所述方式焊接盖片12。
图5示出一种泵机组，其电驱动电机包含前述转子1。
附图标记列表
1 转子
2 轴
4 铁环
6 合成材料
8 外罩
10 合成材料
12 盖片
14 凹槽
16 凹槽
18 凹槽
X 纵轴线