CH633391A5 - Scheibenrotor fuer eine elektrische maschine. - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Scheibenrotor nach der Gattung des Anspruchs 1.
Scheibenrotoren für elektrische Maschinen sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Sie zeichnen sich durch sehr geringes Massenträgheitsmoment und grosse Anpassungsfähigkeit im Betrieb aus. Der meistens aus einer glasfaserverstärkten Kunststoffscheibe aufgebaute Rotorkörper dient gleichzeitig als Tragkörper für die Wicklung und als deren Isolierkörper. Die meistens aus Kupfer-Flachdrähten bestehenden elektrischen Leiter können nach verschiedenen Verfahren auf dem Rotorkörper aufgebracht sein. Eine gängige Art der Befestigung besteht im «Eingiessen» bzw. «Verkleben» anlässlich des Polymerisationsvorganges des mit Glasfasergewebe armierten Kunststoffes (Polyester- oder Epoxyharz). Zwecks Erhöhung der thermischen Belastbarkeit ist schon vorgeschlagen worden, den Rotorkörper aus Keramikmaterial herzustellen und die Wicklung durch Siebdruck, Aufdampfen im Hochvakuum, Auftragen von Metallisierpasten usw. aufzubringen (z. B. DE-OS 1 808 763).
Aus der Metallbeschichtungstechnik, wie sie vor allem in Elektronik bei der Printherstellung angewendet wird, ist ferner das direkte Verbinden von Metallen mit keramischen Werkstoffen nach dem sog. eutektischen Verfahren bekannt. Hierbei wird durch die Erzeugung eines Metall/Metalloxyd-Eutekti-kums, dessen Schmelzpunkt sich nur knapp unter demjenigen des reinen Metalls befindet, ein im submikroskopischen-atoma-ren Bereich wirksamer Bindungsmechanismus ausgenutzt. Dieser an den Grenzflächen Metall/Keramik unmittelbar und ohne Zwischenschichten wirksame Bindungsmechanismus gestattet eine äusserst fest haftende Verbindung zwischen den beiden ungleichen Komponenten (siehe z. B. J.F. Burgess and C.A. Neugebauer, «The Direct Bonding of Metals to Ceramics by the Gas-Metal Eutectic Method», J. Electrochem. Soc., May 1975, Vol. 122, No. 5; J.F. Burgess, C.A. Neugebauer, G. Flana-gan, R.E. Moore, «The Direct Bonding of Metals to Ceramics and Applications in Electronics», General Electric Report No. 75CRD105, May 1975; US-PS 3 766 634; US-PS 3 911 553).
Scheibenrotoren mit Kunststoff-Tragkörper weisen nur eine beschränkte Betriebstemperatur auf und dürfen thermisch auch kurzzeitig wegen der Gefahr des «Werfens» nicht überlastet werden. Die erwähnten Metallisierungsverfahren ergeben nur dünne Schichten hohen Widerstandes oder meist nicht 5 kompakte und duktile, mit der Keramikscheibe einwandfrei verbundene Wicklungen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Aufbau eines Scheibenrotors derart zu gestalten, dass ein thermisch hochbelastbarer und kurzzeitig überlastbarer, formstabi-101er kompakter Körper hoher Festigkeit erzielt wird. Die Lösung geht nur aus dem Patentanspruch 1 hervor.
Der erfindungsgemässe Gegenstand weist bei Vereinfachung des Herstellungsverfahrens dank seines sozusagen monolithischen Aufbaus und der ausserordentlich festen 15 Metall/Keramik-Haftung unter allen Betriebsbedingungen eine hohe Formbeständigkeit und eine geringe Wärmeschockempfindlichkeit auf.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Figuren näher erläutert.
20 Dabei zeigt:
Fig. 1 die Seitenansicht und teilweise den Längsschnitt eines Scheibenrotors,
Fig. 2 den Grundriss des Rotorkörpers und der Wicklung eines Scheibenrotors,
25 Fig. 3 den Längsschnitt durch ein Detail des Rotorkörpers und der Wicklung.
In Fig. 1 ist die Seitenansicht mit teilweisem Längsschnitt, in Fig. 2 der entsprechende Grundriss des Scheibenrotors bzw. des Rotorkörpers und der Wicklung dargestellt. 1 zeigt den als 30 dünne Keramikscheibe (AI2O3, BeO) ausgebildeten Rotorkörper im Radialschnitt, 2 ist die aus Flachdraht oder Folie hergestellte Kupferwicklung. Der übrige Aufbau des Rotors ergibt sich in herkömmlicher Weise. Die Keramikscheibe ist mittels Befestigungsflansch 5 und Nabe 4 auf der Welle 6 befestigt. 35 Fig. 3 zeigt im Schnitt ein Detail der Wicklungsbefestigung am äusseren Umfang des Rotorkörpers 1. Die Kupferwicklung 2 haftet dank der an der Grenzfläche vorhandenen eutektischen Bindung 3 fest und wärmeschocksicher auf dem Rotorkörper (Ah03-Scheibe) 1.
40 Es können auch andere keramische Massen als Rotorkörper verwendet werden wie BeO oder SÌ3N4. Desgleichen kann die Rotorwicklung auch aus Silber, einem Metall der Eisengruppe oder aus Aluminium bestehen.
Eine flache Scheibe aus dicht gesinterter feinkristalliner 45 Tonerde (AI2O3) von 115 mm Aussen- und 60 mm Innendurchmesser und 0,5 mm Dicke wurde mittels Trichloräthylen entfettet, in aqua regia gereinigt, in konzentrierter Schwefelsäure bei 100 °C geätzt und bei 1100 °C während Vi h geglüht. Ein Kupfer-Flachdraht von 0,4 x 3 mm Querschnitt wurde mittels Trichor-50 äthylen entfettet, in 10%iger Salzsäure gereinigt, in 1 mol. Ammoniumpersulfat geätzt, getrocknet und in schwach oxydierender, aus reinstem Stickstoff mit 0,03 Vol.-% Sauerstoffzusatz bestehender Atmosphäre bei 950 °C während 1 min einseitig oxydiert. Die Dicke der Oxydschicht betrug nach dieser 55 Behandlung ca. 500 Â. Der Kupferleiter wurde hierauf mit der oxydierten Oberfläche gegen die Oberfläche der Keramikscheibe gelegt und das Ganze auf 1072 °C erhitzt, wodurch das Eutektikum Kupfer/Kupferoxydul (Cu/CmO) mit einem Schmelzpunkt von 1065 °C gebildet wurde. Letzteres zeigt eine 60 gute Benetzbarkeit sowohl des Metalls wie der Keramik und fliesst leicht in deren Poren. Nach dem Abkühlen wurde durch Bildung dieser sehr dünnen erstarrten eutektischen Zwischenschicht eine äusserst feste Haftung zwischen dem Kupferleiter und der Tonerdescheibe erzielt.
65 Auf diese Art und Weise können auch Flachdrähte und gestanzte Folien anderer Metalle auf als Rotorkörper dienende Keramikscheiben aufgebracht und mit diesen fest verbunden werden.
Im Falle der Verwendung von Aluminium als elektrisches Leitermaterial würde als Bindungsmechanismus nicht das Metall/Metalloxyd-Eutektikum, sondern das AI/Si-Eutektikum verwendet werden. Anstelle des Voroxydierens des Kupfers würde das Aufdampfen einer dünnen Siliziumschicht (z. B. 0,1
3 633391
bis 1 jj. dick) treten. Unter Berücksichtigung der eutektischen Temperatur von 577 °C für das System Al/Si würde die Arbeitstemperatur für das Verbinden des Leiters mit dem Substrat ca. 585 bis 600 °C betragen.
G
1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Scheibenrotor ohne aktive Eisenteile für den magnetischen Fluss, bestimmt für eine elektrische Maschine, wobei der Rotorkörper, welcher die elektrische Leiter trägt, aus einer isolierenden Scheibe aus polykristallinem gesinterten Keramikmaterial besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die die Wicklung (2) bildenden nackten metallischen Leiter mittels einer eutektischen Bindung (3) beidseitig auf dem Rotorkörper ( 1 ) aufgebracht sind.
2. Scheibenrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkörper (1) aus gesintertem feinkristallinen AI2O3 besteht.
2
PATENTANSPRÜCHE
3. Scheibenrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkörper (1) aus gesintertem feinkristallinen BeO besteht.
4. Scheibenrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkörper (1) aus gesintertem feinkristallinen SÌ3N4 besteht.
5. Scheibenrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Wicklung (2) bildenden elektrischen Leiter aus Kupfer bestehen.
6. Scheibenrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Wicklung (2) bildenden elektrischen Leiter aus Aluminium bestehen, welches mittels eines Al/Si-Eutektikums an den Rotorkörper ( 1 ) gebunden ist.
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