Ein rahmenloser Motor besteht nur aus den aktiven Teilen von Rotor und Stator ohne externes Gehäuse, Lager und Welle. Dadurch eignen sie sich ideal für die direkte Integration in die mechanische Struktur des Geräts, das sie antreiben. Dank der Vorteile von Glasfaser-Druck Die schlitzlosen rahmenlosen Motoren von Alva haben extrem dünne aktive Teile (Abb.1), was sie für alle Arten von integrierten Lösungen noch attraktiver macht. Darüber hinaus reagieren Motoren ohne Schlitzen weniger empfindlich auf radiale Fehlausrichtungen zwischen Rotor und Stator, was in bestimmten Fällen ihre Integration vereinfacht.

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In vielen Anwendungen kann die Verwendung von Motoren ohne Rahmen Vorteile wie eine verbesserte Systemleistung, einen geringeren Wartungsaufwand, einen geringeren mechanischen Fußabdruck und eine höhere Systemeffizienz mit sich bringen. Obwohl die Vorteile allgemein bekannt sind, sollten die praktischen Fragen im Zusammenhang mit Montage, Installation und Integration beantwortet werden. In diesem Artikel werden einige der wichtigsten Prinzipien beschrieben. Es enthält Beschreibungen gängiger Methoden zum Einbau und zur Befestigung rahmenloser Statoren in Gehäusen und Rotoren auf Wellen. Allgemeine Informationen zur Handhabung, Sicherheit und Aufbewahrung werden ebenfalls bereitgestellt.

Wichtige Überlegungen vor der Installation

Wärmemanagement: Planen Sie eine ausreichende Kühlung ein, da rahmenlose Motoren ohne Steckplatz eine ähnliche Wärme erzeugen wie andere Motoren.

Elektrische Schnittstelle: Überprüfen Sie die elektrischen Spezifikationen des Motors und stellen Sie sicher, dass die elektronische Steuerung kompatibel ist.

Mechanischer Aufbau: Stellen Sie sicher, dass die Struktur das Gewicht, die Drehmomentabgabe und die Bewegungsdynamik des Motors tragen kann, wenn die Anlage nicht stationär ist.

Sicherheitsvorkehrungen

Die rahmenlosen Motorrotoren enthalten hochenergetische Seltenerdmagnete, die starke Magnetfelder erzeugen. Daher sollte jeder, der aktive Implantate wie Herzschrittmacher hat, einen Sicherheitsabstand zu den Rotoren dieser Motoren einhalten.

Die Rotoren erzeugen starke magnetische Anziehungskräfte, die ferromagnetische Materialien wie viele Metalle anziehen, was zu einer unkontrollierten Bewegung der magnetischen Gegenstände führen kann, was zu Kollisionen zwischen ihnen und dem Rotor führen kann. Daher sollten Vorkehrungen getroffen werden, um alle anderen potenziell magnetischen Gegenstände aus einem Bereich zu entfernen, der ungefähr dem Dreifachen des Durchmessers des Rotors entspricht.

Starke Magnetfelder, die von den Rotormagneten erzeugt werden, können elektronische Geräte und Messgeräte beeinträchtigen oder beschädigen. Rotoren sollten nicht in der Nähe von Computerfestplatten, Computern, Monitoren, Kreditkarten usw. platziert werden.

Handhabung und Lagerung

Die Handhabung und Lagerung von Motorkomponenten ist sehr wichtig. Es wird empfohlen, Statoren und Rotoren in der Originalverpackung aufzubewahren, bis eine Installation erforderlich ist. Bei der Handhabung von Statorbaugruppen ist besondere Vorsicht geboten. Eine Beschädigung der Spulenisolierung und der Leitungsdrähte kann zu Kurzschlüssen und möglichen Stromschlägen führen. Bei der Handhabung der Rotorbaugruppe müssen ebenfalls Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, da starke Magnetkräfte vorhanden sind. Magnete können abplatzen, reißen oder brechen, wenn der Rotor herunterfällt oder große magnetische Gegenstände und andere Rotoren plötzlich vom Rotor angezogen werden.

Montage des Stators in das Gehäuse

Allgemeine Überlegungen

Da die Motoren von Alva magnetisch autark sind, gibt es keine Bedenken oder Anforderungen, ein weichmagnetisches Außengehäuse am Motor anzubringen. Die meisten Mechanismen, bei denen die kleinen Motoren zum Einsatz kommen, verwenden ein Aluminiumgehäuse, das jedoch aus jedem Material gefertigt werden kann, das für die Umgebung und Anwendung des Kunden geeignet ist.

Aus Gründen der elektrischen Isolierung empfiehlt es sich, alle Metalloberflächen so zu gestalten, dass sie in allen Richtungen 2 bis 3 mm von den Motorwicklungen entfernt sind. Die Wicklungen dürfen keinen direkten Kontakt mit den Metallgehäuseoberflächen haben. An den Stellen, an denen die Leitungen des Motors austreten, ist zusätzlicher axialer Raum erforderlich. Ein kleiner Hohlraum mit einem zugehörigen Loch zum Herausführen der Leitungen ist erforderlich.

Wenn eine Erdung erforderlich ist, kann ein Erdungsbolzen am Gehäuse angebracht werden. Dieser hat zwar nicht exakt das gleiche Spannungspotential wie das Statorpaket, stellt aber ein typisches Erdungsschema dar, das bei den meisten Motoren mit zwei- oder dreiteiligen Gehäusen zu beobachten ist. Ein Erdungsbolzen ist in der Regel nur erforderlich, wenn der Motor in Betrieb genommen wird, ohne dass eine Trennung zwischen dem Stromnetz und dem elektronischen Drehzahlregler besteht.

Halterung des Stators im Gehäuse

Es gibt verschiedene Konzepte für die Montage von Statoren in Gehäusen. Die Lösungsansätze können auf Kleben, Klemmen oder Schrumpffassen basieren. Sie werden im Folgenden auf konzeptioneller Ebene vorgestellt. In den folgenden Abbildungen zur Veranschaulichung der Verfahren werden die Gehäuse mit anderen Elementen, z. B. Lagern, zur allgemeinen Veranschaulichung dargestellt. Es kann viele verschiedene Varianten der Gehäusekonstruktion geben.

Statorhalterung zum Einpressen

Bei den rahmenlosen Motoren von Alva wird nicht empfohlen, eine Passung zwischen Stator und Gehäuse herzustellen und den Stator durch Einpressen in das Gehäuse einzubauen. Wenn der Motor in einem weiten Umgebungs- und Betriebstemperaturbereich betrieben werden soll, beschränkt die Verwendung einer Interferenzpassung die Auswahl der Gehäusematerialien häufig auf solche, deren Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) dem CTE des Laminatmaterials entsprechen. Ein weiteres Problem im Zusammenhang mit dem Pressverfahren bzw. der Konstruktion besteht darin, dass Grate entstehen können. Diese Grate können zu Metallsplittern werden, die sich in Wicklungen festsetzen und elektrische Ausfälle verursachen können. Außerdem kann das Laminatpaket „reißen“ oder „splittern“, wenn die Pressrichtung nicht genau kontrolliert wird und der Stapel nicht senkrecht zur Gehäusebohrung eingeführt wird.

Statorhalterung mit Wärmeschrumpffassung

Bei dieser Methode wird das Aluminiumgehäuse erwärmt und über den Stator gelegt. Ähnlich wie beim Einpressen basiert auch dieses Verfahren auf der Konstruktion einer Passung zwischen dem Stator und dem Gehäuse und weist die gleichen Nachteile auf, die mit der Anpassung des CTE und möglichen Einschränkungen bei der Materialauswahl zusammenhängen.

Alva empfiehlt diese Methode nicht als alleiniges Retentionsmittel. Eine leichte Interferenzpassung in Kombination mit einer Klebeverbindung, wie unten beschrieben, ist eine zuverlässigere Methode.

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Klebender Statorhalterung

Das Kleben ist eine der gängigsten Methoden zur Statorbefestigung und wird von Alva in vielen Anwendungen empfohlen. Das Kleben ermöglicht die Verwendung fast aller Materialien für das Gehäuse.

Das Gehäuse sollte mit einer Kleberille von 0,2 bis 0,3 mm versehen sein, die 50 bis 75% der axialen Länge des Statorblechpakets abdeckt. Die Kleberille kann axial auf dem Stapel mittig oder einseitig angeordnet sein.

Der bevorzugte Installationsvorgang, der mit einem der beiden empfohlenen Epoxide durchgeführt wird, besteht darin, das Gehäuse auf 100 °C oder höher zu erhitzen, den Klebstoff schnell auf die Kleberille im heißen Gehäuse aufzutragen und sofort den Stator einzusetzen. Die Baugruppe wird dann bei der Epoxid-Härtungstemperatur ausgehärtet. Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass die Gehäusebohrung je nach Wahl des Gehäusematerials und des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials so ausgelegt werden kann, dass sie von Linie zu Zeile oder bei leichten Übergängen zum Stator passt. Der Klebstoff härtet im expandierten Zustand aus und wird bei allen anderen Temperaturen zusammengedrückt.

Wenn das Gehäuse vor der Statorinstallation nicht erwärmt werden kann, sollte die Gehäusebohrung so ausgelegt werden, dass sie unter den Bedingungen der Worst-Case-Toleranz mindestens 0,003-0,005 mm größer ist als der Statoraußendurchmesser.

Alva kann für die Auswahl eines geeigneten Klebstoffs konsultiert werden. 3M DP420 und Hysol E40HT sind jedoch beide gute, gehärtete Strukturklebstoffe für allgemeine Zwecke, die in den meisten Anwendungen verwendet werden können.

Der Stator kann in einem normalen Gehäuse befestigt und mit einem Klebstoff verklebt werden, wie in Bild 2 gezeigt.

Das More-Konzept mit überlappenden Endkappen und der Verwendung von Haftklebstoff ist in Abbildung 3 dargestellt. Bei diesem Konzept ist es wichtig sicherzustellen, dass der Stator korrekt an den Befestigungspunkten ausgerichtet ist.

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Axiale Klemmung der Statorhalterung

Ein axialer Spannmechanismus wird üblicherweise auch zur Statorhalterung verwendet. Die rahmenlosen Motorstatoren von Alva haben auf beiden Seiten des Stators eine blanke Ständerfläche aus Stahl. Der Stator wird in das Gehäuse eingebaut und auf der Schrägfläche des Gehäuses aufgesetzt.

Es sollte ein Spannring entworfen werden, der an den oberen freiliegenden Böschungsflächen anliegt und axialen Druck ausübt, indem er in das Gehäuse eingeschraubt wird. Bei einer axialen Klemme kann es sich entweder um einen vollständigen 360°-Ring oder um einige „Servoklemmen“ handeln, die axialen Druck auf das Statorpaket ausüben, um es an Ort und Stelle zu halten.

Ein mögliches Konzept ist in Abb. 4 dargestellt. Es ist so konzipiert, dass es leicht entfernt oder zu Wartungszwecken zugänglich ist. Die Positionierschulter sollte für eine präzise Positionierung des Stators verwendet werden. Der Abstand hinter dem Klemmring sollte beibehalten werden, damit der Stator zusammengedrückt werden kann. Mindestens die Hälfte des Statorrückenbügels muss mit dem Spannring in Kontakt kommen.

Zur Befestigung des Stators können Befestigungsschrauben und Unterlegscheiben verwendet werden. Bei der Bestimmung der Anzahl und Größe der Spannringschrauben, die für die Drehmomentkapazität des Motors erforderlich sind, sollten die besten technischen Verfahren befolgt werden. Die Schrauben müssen mit dem angegebenen Drehmoment angezogen werden.

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In einer anderen Variante kann die Statorbaugruppe zwischen zwei Endglocken montiert werden (Abb.5). Die Endschellen können entweder durch Bearbeitung eines massiven Werkstücks oder durch ein Druckgussverfahren hergestellt werden. In beiden Fällen müssen die Endschellen so konstruiert sein, dass sie eine starre und stabile Halterung für die Stator- und Rotorbaugruppe bieten. Das Konzept eignet sich für eine einfache Demontage oder Wartung.

Einschraubbefestigung des Stators

Die rahmenlosen Motorstatoren von Alva werden in der Regel nicht durch Schrauben gehalten, die durch Löcher im Blechpaket verlaufen, da der laminierte Ring so dünn ist. Alva empfiehlt diese Methode nicht für Alvas Motoren.

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Maßgeschneiderte Lösungen

Lösungen mit einer engeren Integration in das Gehäuse, bei denen die Rückseite des Bügeleisens in das Gehäuse des Kunden eingebaut wird (Bild 6) und dann die Wicklung vor Ort eingeführt und geformt wird, sind auf Anfrage möglich.

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Rotorbefestigung

Es ist erwähnenswert, dass die Rotortragstruktur unmagnetisch sein kann, da bei Alva-Motoren Halbach-Magnetanordnungen am Rotor verwendet werden, sodass kein Hinterbügeln erforderlich ist.

Rotoren können mit verschiedenen Methoden an Wellen montiert werden, beispielsweise mit denen für die Statoren. Die zu erwartenden Drehmomentbelastungen und Verbindungsfestigkeiten der verschiedenen Halterungsoptionen sollten bei der Konstruktion und Auswahl der Verbindungsmethode zwischen Rotor und Tragkonstruktion berücksichtigt werden.

Eindrücken

Bei einem Einpressverfahren wird der Rotor an der Tragstruktur mit einer Presspassung zwischen einer Reihe von Verzahnungen an der Tragstruktur und dem Rotorinnenumfang gehalten. In der Regel ist ein Satz von 4 Verzahnungen erforderlich, die in gleichem Abstand über den Außendurchmesser der Tragkonstruktion verteilt sind. Die Verzahnungslänge sollte nicht weniger als ¾ der Länge des Rotors betragen. Eine konische Verzahnung ist akzeptabel.

Der Innendurchmesser des Rotors sollte dem Außendurchmesser der Tragstruktur entsprechen. Der Abstand zwischen dem Rotor und der Tragstruktur sollte zwischen 0,005 und 0,05 mm liegen.

Bei einem anderen Einpressverfahren wird ein als Toleranzring bezeichnetes Zwischenteil verwendet, wobei die Tragkonstruktion an der Stelle, an der der Toleranzring angeordnet ist, eine Besonderheit aufweist.

Beim Pressvorgang ist darauf zu achten, dass nur auf den Tragring des Rotors gedrückt wird — nicht auf die Magnete.

Die Tragstruktur kann ein Schulterelement aufweisen, um eine korrekte Positionierung des Rotors zu gewährleisten (Bild 7).

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Wärmeschrumpffassform

Bei diesem Verfahren wird die Tragstruktur gekühlt, um eine Passgenauigkeit zu erreichen, und anschließend wird der Rotor auf die Tragstruktur montiert. Wie beim Einpressen geht es auch bei diesem Verfahren um die Konstruktion einer Formpassung zwischen Rotor und Tragkonstruktion. Eine Erwärmung des Rotors wird nicht empfohlen, da die Gefahr einer dauerhaften Entmagnetisierung der Rotormagnete besteht.

Kleben

Bei diesem Verfahren wird der Rotor mit einer hochfesten Haftmasse (z. B. 3M DP420, Hysol/Loctite E40HT, Loctite 648 oder ähnliche Strukturklebstoffe auf Epoxidbasis) an der Tragstruktur befestigt. Klebstoffhersteller, die Haftverbindungen herstellen, sollten konsultiert werden, um bei der Auswahl der richtigen Haftverbindung für die jeweilige Anwendung zu helfen. Die Kleberille sollte so angeordnet sein, dass zwei Varianten in Abbildung 8 dargestellt sind, es gibt jedoch noch viele andere mögliche Varianten. Die empfohlene Tiefe der Kleberille am Rotorgegenteil beträgt in der Regel 0,2-0,3 mm. Die Länge der Kleberille kann 50 bis 75% der axialen Länge des Rotors betragen.

Das Kleben ermöglicht die Verwendung nahezu aller Materialien für die Steckstruktur. Unterschiede in den Wärmeausdehnungskoeffizienten und den erwarteten Betriebstemperaturen sollten immer berücksichtigt werden.

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Axiale Klemmung

Bei dieser Methode wird der Rotor mit einer Kraft, die durch einen Klemmring ausgeübt wird, an Ort und Stelle gehalten. Um zu verhindern, dass sich die Schraube löst, kann eine Sicherungsscheibe oder ein Haftmittel aufgetragen werden. Die Anzahl der Schrauben hängt von der Größe des Rotors, den Drehmomentanforderungen und der Kundenanwendung ab. Es ist wichtig, das Magnetmaterial nicht festzuklemmen, da es sehr spröde ist. Die Klemmung sollte auf den Magnettragring aufgebracht werden, wie in Bild 10 dargestellt.

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Verschraubter Rotorhalt

Bei diesem Verfahren wird der Rotor mit einem Gegenelement der Tragstruktur verschraubt, wie in Bild 11 dargestellt. Die Standard-Magnettragringe von Alva sind dünn und verfügen nicht über zusätzliche Befestigungsmöglichkeiten. Kundenspezifische Ringe mit kundenspezifischen Befestigungsmerkmalen und Schraubenlochmustern sind jedoch eine Option, die mit dem Hersteller besprochen werden kann.

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Aufbewahrung in Schlüsselform

Die Standard-Magnettragringe von Alva haben keine Keilnuten. Kunden können sich jedoch an Alva wenden und auf Wunsch spezielle kundenspezifische Ringkonfigurationen bestellen. Alva empfiehlt aus mehreren Gründen normalerweise keine Schlüssel als Rotorhaltelösung: Das Hinzufügen dieser Funktion ist in der Regel teuer, erfordert einen dickeren Ringquerschnitt, erfordert immer noch eine gewisse axiale Klemmung und bei kleineren Motoren ist sie im Hinblick auf typische Drehmomentbelastungen überdimensioniert.

Maßgeschneiderte Lösungen

Alva kann Magnete direkt an kundenspezifischen Naben montieren und komplette kundenspezifische Baugruppen liefern, wodurch die Anzahl der Teile und Montagevorgänge reduziert wird.

Einige praktische Aspekte beim Zusammenbau von Stator und Rotor

Magnetische Anziehungskräfte: Der Abstand zwischen Rotor und Stator kann hoch sein, daher ist es sehr wichtig, dass bei der Montage der beiden Teile Vorsicht und Vorsicht walten gelassen werden. Um sowohl die Magnete als auch die Statorwicklung vor Beschädigungen zu schützen, kann der Rotor während des Installationsvorgangs mit einer dünnen, nichtmagnetischen Hülse (oder einer gleichwertigen Hülle) umwickelt werden. Sobald der Rotor in den Stator eingebaut ist und die Montage abgeschlossen ist, kann die Hülse entfernt werden.

Ausrichtung: Stellen Sie sicher, dass Rotor und Stator genau ausgerichtet sind, um Ungleichgewichte zu vermeiden.

Freie Rotation: Stellen Sie sicher, dass es sich ohne Kontakt frei dreht.

Einige Überprüfungen nach der Installation

Temperaturüberwachung: Überprüfen Sie bei der Inbetriebnahme die Motor- und Getriebetemperaturen, um eine ausreichende Kühlung sicherzustellen.

Testen: Schalten Sie den Motor ein und führen Sie erste Tests durch, um den ordnungsgemäßen Betrieb und die Ausrichtung von Rotor und Stator sicherzustellen.

Vibrationsprüfung: Achten Sie auf ungewöhnliche Vibrationen, die auf eine Fehlausrichtung hinweisen könnten.

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Bei Fragen zum Installationsprozess oder zu Konstruktionsmerkmalen für zusammenpassende Teile kontaktieren Sie Alva Industries.