DE102017216094A1

DE102017216094A1 - Rotor eines Elektromotors und Elektromotor

Info

Publication number: DE102017216094A1
Application number: DE102017216094.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Ziegler; Stefan Wüst
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2019-03-14
Also published as: WO2019052938A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (2) eines Elektromotors, insbesondere für eine Servolenkung, aufweisend ein zylindrisches Rotorpaket (6) und eine Anzahl von Permanentmagneten (20), welche an einer Mantelfläche (10) des Rotorpakets (6) verteilt angeordnet sind, sowie eine Haltevorrichtung (18) zur stoffschlussfreien Befestigung und/oder Halterung der Permanentmagnete (20) an der Mantelfläche (10) des Rotorpakets (6), wobei die Haltevorrichtung (18) eine der Anzahl der Permanentmagnete (20) entsprechende Anzahl von Haltehülsen (22) aufweist, in welche jeweils einer der Permanentmagneten (20) eingesetzt ist, und wobei die Haltehülsen (22) mit den darin eingesetzten Permanentmagneten (20) radial auf die Mantelfläche (10) aufgesetzt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor eines Elektromotors, insbesondere für eine Servolenkung, aufweisend ein zylindrisches Rotorpaket und eine Anzahl von Permanentmagneten, welche an einer Mantelfläche des Rotorpakets verteilt angeordnet sind, sowie eine Haltevorrichtung zur stoffschlussfreien Befestigung und/oder Halterung der Permanentmagnete an der Mantelfläche des Rotorpakets. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Elektromotor mit einem solchen Rotor.
Heutzutage weisen viele Kraftfahrzeuge eine Servolenkung auf, welche eine Lenkkraft, die zu einer Betätigung eines Lenkrads bei einem Lenken im Stillstand oder im Falle niedriger Fahrzeuggeschwindigkeiten benötigt wird, reduziert. Die Servolenkung unterstützt hierbei einen Kraftfahrzeugnutzer beim Lenken, indem die von dem Fahrzeugnutzer aufgebrachte Lenkkraft beispielsweise mit einem Hydrauliksystem oder mit einem Elektromotor unterstützt wird.
Bei einer elektromotorischen Servolenkung (EPS: Electric Power Stearing, EPAS: Electric Power Assisted Stearing) unterstützt und überlagert ein an der Mechanik des Lenkrads (Lenksäule, Lenkgetriebe) angeordneter Elektromotor die Lenkbewegungen des Kraftfahrzeugnutzers mit einer erzeugten Hilfskraft. Für derartige elektromotorische Antriebe werden zunehmend häufiger sogenannte bürstenlose Elektromotoren (bürstenloser Gleichstrommotor, BLDC-Motor) eingesetzt, bei denen die verschleißanfälligen Bürsten eines starren (mechanischen) Kommutators durch eine elektronische Kommutierung des Motorstroms ersetzt sind.
Ein derartiger bürstenloser Elektromotor als elektrische Drehstrommaschine weist prinzipiell einen feststehenden (stationären) Stator mit einer elektrischen Drehfeldwicklung mit einer Anzahl von (Motor-)Phasen auf. Im Falle eines bürstenlosen Elektromotors als dreiphasige Drehstrommaschine weist der Stator bzw. dessen Drehfeldwicklung drei Phasen und damit zumindest drei Phasenleiter oder Phasenwicklungen auf, welche jeweils phasenversetzt mit einem elektrischen Strom beaufschlagt werden, um ein magnetisches Drehfeld zu erzeugen, in dem ein üblicherweise mit Permanentmagneten versehener Rotor oder Läufer rotiert.
Der Rotor weist in der Regel ein zylindrisches, stanzpaketiertes Blechpaket als zentrales Rotorpaket auf. Das Rotorpaket ist hierbei beispielsweise wellenfest mit einer Motorwelle des Elektromotors gefügt. Das Rotorpaket weist hierbei beispielsweise Aufnahmen auf, in welche die Permanentmagnete eingepresst sind.
Alternativ ist es beispielsweise ebenso denkbar, dass die Permanentmagnete an einem Außenumfang einer Mantelfläche des Rotorpakets befestigt oder gehalten sind. Zu diesem Zwecke ist es beispielsweise denkbar, dass die Permanentmagnete stoffschlüssig, insbesondere mittels eines Klebers oder Epoxids, an die Mantelfläche gefügt sind. Nachteiligerweise weisen hierbei das Rotorpaket, die Permanentmagneten sowie der Klebe oder das Epoxid in der Regel unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, sodass bei Temperaturänderungen im Motorbetrieb mechanische Spannungen im Befestigungsbereich der Permanentmagneten auftreten können. Dies kann mitunter dazu führen, dass sich die Permanentmagneten von der Mantelfläche lösen und zwischen dem Rotor und dem Stator verkeilen. Dadurch ist es möglich, dass der Rotor und/oder der Stator beschädigt oder vollständig zerstört werden.
Um einem ungewollten Abgleiten der Permanentmagneten von der Mantelfläche entgegenzuwirken ist es beispielsweise möglich, einen zusätzlichen Abdeckmantel als Magnetabdeckung auf das Rotorpaket aufzubringen. Der beispielsweise hülsen- oder manschettenartige Abdeckmantel wird hierbei axial auf das Rotorpaket und die Permanentmagneten aufgepresst, sodass die Permanentmagneten radial und tangential von dem Abdeckmantel eingefasst sind. Nachteiligerweise wird somit ein zusätzliches Bauteil in Form des Abdeckmantels benötigt, wodurch die Herstellungskosten des Rotors erhöht werden.
Des Weiteren weist der Abdeckmantel wiederum einen unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, sodass zwar ein Verkeilen oder Verklemmen eines sich lösenden Permanentmagneten mit dem Stator verhindert wird, jedoch ist der Permanentmagnet somit innerhalb des Abdeckmantels beweglich, sodass im Motorbetrieb ein rüttelndes oder klapperndes Geräusch entsteht. Da insbesondere Elektromotoren von Servolenkungen in der Regel nahe einer Fahrzeugkabine verbaut sind, entsteht somit eine hohe Geräuschbelastung für einen Fahrzeugnutzer, wodurch der Benutzerkomfort nachteilig eingeschränkt wird.
Aus der US 7,687,957 B2 ist eine Haltevorrichtung zur stoffschlussfreien Befestigung und/oder Halterung der Permanentmagnete an der Mantelfläche des Rotorpakets bekannt. Die bekannte Haltevorrichtung weist eine Anzahl von etwa T-förmigen Halteteilen auf, welche mittels ihrer vertikalen T-Schenkel formschlüssig mit nutenartigen Fügeaufnahmen des Rotorpakets gefügt sind. Zwischen zwei Halteteilen ist somit jeweils eine Aufnahme ausgebildet, in welche ein Permanentmagnet mittels eines Pressfits eingefügt wird. Somit werden die Permanentmagneten an der Mantelfläche radial und tangential fixiert. Auf die Permanentmagneten und das Rotorpaket ist radial außenseitig ein Abdeckmantel aufgebracht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten Rotor eines Elektromotors anzugeben. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor mit einem solchen Rotor anzugeben.
Hinsichtlich des Rotors wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Elektromotors mit den Merkmalen des Anspruchs 11 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Der erfindungsgemäße Rotor ist Teil eines Elektromotors, insbesondere für eine (elektromotorische) Servolenkung eines Kraftfahrzeugs. Hierzu weist der Rotor ein zylindrisches Rotorpaket auf. Das Rotorpaket ist aus einer Anzahl von entlang einer Axialrichtung gestapelten und stanzpaketierten Rotorblechen (Rotorblechpaket) gebildet. Der Rotor bzw. das Rotorpaket ist mit einer Anzahl von Permanentmagneten versehen, welche an einer Mantelfläche des Rotorpakets verteilt angeordnet sind. Das zylindrische Rotorpaket weist eine gleichseitige und polygonale, also mehreckige, Grundfläche auf, sodass auch die Mantelfläche eine entsprechende Anzahl an Seitenflächen aufweist. Die Seitenflächen bilden hierbei Anlageflächen für die an dem Außenumfang der Mantelfläche entlang einer Tangential- oder Azimutalrichtung verteilt angeordneten Permanentmagneten. Der Rotor weist weiterhin eine Haltevorrichtung zur stoffschlussfreien Befestigung und/oder Halterung der Permanentmagnete an der Mantelfläche des Rotorpakets auf.
Die Haltevorrichtung weist eine der Anzahl der Permanentmagnete entsprechende Anzahl von kartuschenartigen oder kartuschenförmigen Haltehülsen auf, in welche jeweils einer der Permanentmagnete eingesetzt ist. Mit anderen Worten ist jeder der Permanentmagnete in einer zugeordneten Haltehülse eingesetzt. Die Haltehülsen sind mit den darin eingesetzten Permanentmagneten auf die Mantelfläche des Rotorpakets radial aufgesetzt. Dadurch ist ein besonders geeigneter Rotor eines Elektromotors realisiert.
Erfindungsgemäß weist der Rotor somit eine Haltevorrichtung auf, welche lediglich die Haltehülsen als Bauteile aufweist. Mit anderen Worten ist die Haltevorrichtung im Wesentlichen aus einem einzigen Material hergestellt. Somit weist die Haltevorrichtung lediglich einen Wärmekoeffizienten auf. Dies überträgt sich in der Folge vorteilhaft auf die Toleranzeigenschaften der Haltevorrichtung und somit des Rotors. Des Weiteren werden Kosten hinsichtlich der Lagerung mehrerer unterschiedlicher Bauteile eingespart.
Weiterhin ist durch die radiale Montage der Haltehülsen an der Mantelfläche bzw. dem Rotorpaket eine besonders aufwandsarme und einfache Montage der Permanentmagneten realisiert, wodurch der Herstellungsaufwand sowie die Herstellungskosten des Rotors vorteilhaft reduziert werden.
In einer vorteilhaften Ausführung weisen die Haltehülsen jeweils einen zur Mantelfläche geöffneten Aufnahmebereich für den zugeordneten Permanentmagneten auf. Dies bedeutet, dass die Haltehülsen bzw. der jeweilige Aufnahmebereich entlang der Axialrichtung im Wesentlichen eine etwa U-förmige Querschnittsform aufweisen. Dadurch sind die Permanentmagneten besonders einfach und aufwandsarm in die Haltehülsen einsetzbar. Des Weiteren ist durch den lediglich einseitig geöffneten Aufnahmebereich sichergestellt, dass die Permanentmagnete im Montagezustand, bei welchem die Haltehülsen auf die Mantelfläche des Rotorpakets aufgesetzt sind, nicht ungewollt aus den Haltehülsen herausgleiten. Somit ist eine besonders zuverlässige und betriebssichere Befestigung und/oder Halterung der Permanentmagnete am Rotorpaket realisiert. Insbesondere ist durch den Aufnahmebereich eine zweckmäßige und konstruktiv einfache radiale und tangentiale Halterung für die Permanentmagnete realisiert.
In einer bevorzugten Weiterbildung sind die Permanentmagneten form- und/oder kraftschlüssig in den Aufnahmebereich der jeweiligen Haltehülse gehalten. Der Form- bzw. Kraftschluss erfolgt hierbei insbesondere entlang der Axialrichtung, wobei eine radial formschlüssige Halterung der Permanentmagnete zwischen der Mantelfläche und dem jeweiligen Aufnahmebereich gewährleistet ist. Dadurch ist eine besonders zuverlässige Halterung und/oder Befestigung für die Permanentmagnete realisiert.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist der Aufnahmebereich an dessen axial gegenüberliegenden Stirnseiten jeweils eine Haltekontur zur form- und/oder kraftschlüssigen Fixierung des Permanentmagneten in dem Aufnahmebereich auf. Somit wird verhindert, dass der Permanentmagnet im eingesetzten Zustand in der Haltehülse ungewollt aus dem Aufnahmebereich hinausgleitet. Des Weiteren wird somit einem Rütteln oder Klappern des Permanentmagneten in der Haltehülse während eines Motorbetriebs verhindert, sodass ein besonders laufruhiger Rotor realisiert ist.
In einer alternativen Ausgestaltungsform ist es beispielsweise denkbar, dass lediglich eine Haltekontur an einer der Stirnseiten vorgesehen ist und die gegenüberliegende Stirnseite als ein starres oder feststehendes Widerlager wirkt.
In einer geeigneten Ausbildung ist die Haltekontur als eine in den Aufnahmebereich hineinragende Federlasche ausgebildet. Die Federlasche weist hierbei zumindest eine gewisse Biegeelastizität auf, mittels welcher eine Rückstellkraft zur insbesondere kraftschlüssigen axialen Halterung des Permanentmagneten bewirkt wird. Dadurch ist eine konstruktiv besonders einfache und kostengünstig herstellbare Haltekontur für den Permanentmagneten gebildet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Aufnahmebereich mit einer zum Rotorpaket hin orientierten Bombierung oder Wölbung versehen. Mit anderen Worten weist der Aufnahmebereich eine im Montage- oder Fügezustand parallel zur Mantelfläche orientierte Bodenfläche auf, welche zum Rotorpaket hin, das bedeutet entlang der Radialrichtung, bombiert bzw. gewölbt ist. Durch diese Bombierung oder Wölbung wird im eingesetzten Zustand des Permanentmagneten eine radiale Anpresskraft bewirkt, mittels welcher der Permanentmagnet an die Mantelfläche des Rotorpakets gepresst wird. Dadurch ist eine besonders gleichmäßige und vollflächige Anlage des Permanentmagneten an der Mantelfläche gewährleistet. Des Weiteren wird eine besonders stabile Halterung des Permanentmagneten innerhalb der Haltehülse gewährleistet, wodurch die Geräuscheentwicklung des Rotors im Motorbetrieb weiter reduziert wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Haltehülsen an den gegenüberliegenden Stirnseiten des Rotorpakets befestigt. Dadurch ist eine betriebssichere und zuverlässige Halterung und/oder Befestigung der Haltehülsen an dem Rotorpaket ermöglicht. Insbesondere weist das Rotorpaket somit an seinem Außenumfang, das bedeutet an der Mantelfläche, keine weiteren Haltestrukturen oder Haltekonturen zur Befestigung und/oder Halterung der Haltehülsen auf. Dadurch ist eine geometrisch besonders einfache Formgebung des Rotorpakets möglich, was sich vorteilhaft auf die Herstellungskosten und den Herstellungsaufwand überträgt.
In einer geeigneten Ausführung weisen die Haltehülsen stirnseitig angeordnete Befestigungslaschen zur form- und/oder kraftschlüssigen Befestigung in Aussparungen des Rotorpakets auf. Dadurch ist eine besonders zuverlässige Befestigung gewährleistet. Die Aussparungen sind hierbei insbesondere zur Reduzierung des Massenträgheitsmoments des Rotorpakets in dieses eingebracht. Durch die form- und/oder kraftschlüssige Befestigung der Haltehülsen mittels der Befestigungslaschen an oder in diesen Aussparungen ist eine besonders zweckmäßige Funktionsintegration realisiert. Insbesondere werden somit keine weiteren zusätzlichen Formgebungen des Rotorblechpakets zur Befestigung der Haltehülsen benötigt, sodass ein besonders einfacher Aufbau des Rotorpakets sichergestellt ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Befestigungslaschen radial nach innen gewinkelt und an deren jeweiligen Freienden mit einem axial gerichteten Hintergriffelement ausgeführt. Mit anderen Worten greifen die Haltehülsen mittels der Hintergriffelemente der Befestigungslaschen zumindest teilweise axial in das Rotorpaket ein. Das Hintergriffelement ist hierbei für eine insbesondere lösbare Klipsbefestigung oder Rastbefestigung mit den Aussparungen ausgebildet.
Das Hintergriffelement ist beispielsweise durch eine axial gerichtete Biegung des jeweiligen Freiendes realisiert. Dies bedeutet, dass die Haltehülsen mit den Permanentmagneten von außen radial auf das Rotorpaket aufgesetzt werden, wobei die Befestigungslaschen an den Stirnseiten des Rotorpakets zu den Aussparungen geführt werden, und wobei die Hintergriffelemente mit den Aussparungen verklipsen oder verrasten. Dadurch ist auf konstruktiv einfache Art und Weise eine besonders aufwandsarme und werkzeugfreie Montage der Haltehülsen am Rotorpaket realisiert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform weisen die Aussparungen der axial äußersten Rotorbleche des Rotorpakets einen im Vergleich zu den Aussparungen der Rotorbleche im Rotorpaket reduzierten Durchmesser auf. Mit anderen Worten ist die lichte Weite der Aussparungen der stirnseitig flankierenden Rotorbleche reduziert. Insbesondere ist hierbei die radiale Abmessung der Aussparung reduziert, sodass eine rotorpaketseitige Hinterschneidungskontur ausgebildet ist. Die Hinterschneidungskontur ist besonders einfach durch das Hintergriffelement der Befestigungslaschen hintergreifbar, sodass eine besonders stabile und betriebssichere Befestigung der Haltehülsen am Rotorpaket gewährleistet ist.
In einer möglichen Weiterbildung sind die Befestigungslaschen der Haltehülsen in den Aussparungen des Rotorpakets verstemmt. Dies bedeutet, dass die radial nach innen gewinkelten Befestigungslaschen mittels eines Stempels zumindest teilweise axial in die Aussparungen gedrückt oder verstemmt werden. Das Verstemmen fixiert die Befestigungslaschen zusätzlich oder alternativ zu der Verklipsung oder Verrastung, und stellt eine besonders stabile und zuverlässige Befestigung der Haltehülsen am Rotorpaket sicher.
Durch den axialen Eingriff der Befestigungslaschen in die jeweilige Aussparung des Rotorpakets ist in einfacher Art und Weise ein Verdrehschutz bzw. eine Verdrehsicherung der Permanentmagnete hinsichtlich des Rotorpakets realisiert.
Die Haltehülsen sind vorzugsweise aus einem Federstahl hergestellt. Die Haltehülsen sind hierbei beispielsweise in einem Stanzbiegeverfahren gefertigt.
Der erfindungsgemäße Elektromotor ist insbesondere für eine Anwendung in einer elektromotorischen Servolenkung eines Kraftfahrzeugs geeignet und eingerichtet. Der Elektromotor weist hierbei einen feststehenden Stator und eine gegenüber diesem drehbar gelagerte Motorwelle auf. Auf der Motorwelle ist ein vorstehend beschriebener Rotor wellenfest getragen. Dadurch ist ein besonders kostengünstig und einfach herzustellender Elektromotor realisiert.
Durch die Haltehülsen der Haltevorrichtung ist eine besonders betriebssichere und zuverlässige Halterung und/oder Befestigung der Permanentmagnete, auch bei sich verändernden Betriebstemperaturen des Elektromotors, sichergestellt. Insbesondere ist eine besonders klapper- oder rüttelfreie Befestigung und/oder Halterung realisiert, wodurch ein besonders laufruhiger Motorbetrieb ermöglicht ist. Dies ist insbesondere hinsichtlich einer fahrzeugkabinennahen Anwendung bei einer Servolenkung vorteilhaft.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 in perspektivischer Darstellung ausschnittsweise einen Rotor eines Elektromotors, mit einem Rotorpaket und einer Haltevorrichtung,
2 in perspektivischer Schnittdarstellung entlang der Linie II-II gemäß 1 den Rotor,
3 in perspektivischer Darstellung einen Permanentmagneten des Rotors,
4 in perspektivischer Darstellung eine Haltehülse der Haltevorrichtung mit eingesetzten Permanentmagneten,
5 in perspektivischer Darstellung die Haltehülse,
6 in Draufsicht die Haltehülse mit Blick auf eine axiale Stirnseite,
7 in Seitenansicht die Haltehülse,
8 in seitlicher Schnittdarstellung die Haltehülse,
9 in einer seitlichen Schnittdarstellung die Haltehülse in einem lösbar klipsbefestigten Zustand an dem Rotorpaket,
10 in einer perspektivischen Darstellung die Haltehülse und das Rotorpaket sowie einen Stempel einer Verstemmvorrichtung, und
11 in einer perspektivischen Darstellung die Haltehülse und das Rotorpaket in einem verstemmten Zustand.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1 und 2 zeigen ausschnittsweise einen Rotor 2 eines nicht näher dargestellten Elektromotors. Der als bürstenloser Innenläufermotor ausgebildete Elektromotor ist hierbei Teil einer Servolenkung eines Kraftfahrzeugs. Der Rotor 2 weist eine Anzahl von entlang einer Axialrichtung A gestapelten Rotorblechen 4 auf, welche zu einem gemeinsamen Rotorpaket (Rotorblechpaket) 6 stanzpaketiert sind. In den Figuren sind die Rotorbleche 4 lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehen.
Die Rotorbleche weisen entlang der Axialrichtung A eine etwa zehneckige und gleichseitige Querschnittsform auf, sodass das Rotorpaket 6 eine zylindrische Form mit zehn Anlageflächen 8 aufweist. Die entlang einer Tangential- oder Azimutalrichtung T verteilt angeordneten Anlageflächen 8 bilden hierbei eine Mantelfläche 10 des Rotorpakets 6. Die das Rotorpaket 6 stirnseitig flankierenden Rotorbleche 4a sind nachfolgend auch als Stirnseiten 12 des Rotorpakets 6 bezeichnet.
Die Rotorbleche 4 bzw. das Rotorpaket 6 weisen eine zentrale Durchgangsöffnung 14 für eine nicht näher gezeigte Motorwelle auf. Um die Durchgangsöffnung 14 sind entlang der Tangentialrichtung T zehn ovalförmige Aussparungen 16 gleichmäßig verteilt angeordnet. Die taschenartigen Aussparungen 16 sind hierbei ausgehend von der Durchgangsöffnung 14 entlang einer Radialrichtung R des Rotorpakets 6 etwa mittig zu der jeweils radial fluchtenden Anlagefläche 8 angeordnet. Die Aussparungen 16 dienen hierbei einerseits der Reduzierung des Massenträgheitsmoments des Rotorpakets 6 sowie andererseits als Gegenlager für eine lösbare Klipsbefestigung einer Haltevorrichtung 18.
Im Montagezustand weist der Rotor 2 eine Anzahl von Permanentmagneten 20 zur Erzeugung eines magnetischen Erregerfeldes auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der 1 und der 2 ist der Rotor 2 mit insgesamt zehn Permanentmagneten 20 versehen, von denen lediglich beispielhaft einer dargestellt ist. Die Permanentmagneten 20 sind hierbei entlang der Tangentialrichtung T gleichmäßig verteilt an dem Außenumfang der Mantelfläche 10 bzw. an den Anlageflächen 8 des Rotorpakets 4 angeordnet. Die Permanentmagneten 20 werden hierbei mittels der Haltevorrichtung 18 stoffschlussfrei an der Mantelfläche 10 kraft- und/oder formschlüssig gehalten oder befestigt.
Die Haltevorrichtung 18 weist hierzu eine der Anzahl der Permanentmagneten 20 entsprechende Anzahl von Haltehülsen 22 auf. In dem Ausführungsbeispiel der 1 und der 2 weist die Haltevorrichtung 18 somit zehn Haltehülsen 22 auf, wobei jeweils ein Permanentmagnet 20 in eine zugeordnete Haltehülse 22 eingesetzt ist. Die nachfolgend auch als Magnetfedern bezeichnete Haltehülsen 22 sind insbesondere als Stanzbiegeteile aus einem Federstahl hergestellt.
Die 3 zeigt einen Permanentmagneten 20 in Einzeldarstellung. Der Permanentmagnet 20 weist entlang der Axialrichtung A eine im Wesentlichen kreissegmentförmige Querschnittsform auf. Der Permanentmagnet 22 ist hierbei entlang einer Sehnenseite 24 im Montagezustand anliegend an der Mantelfläche 10 angeordnet. Die im Montagezustand radial außenseitige Wölbungsseite oder Krümmungsseite 26 wird - wie in den Darstellungen der 2 und der 4 ersichtlich - in einen Aufnahmebereich 28 der Magnetfeder 22 eingesetzt.
Der Aufbau der Magnetfedern 22 ist nachfolgend anhand der 5 bis 8 näher erläutert.
Wie insbesondere in der Draufsicht der 6 ersichtlich ist, weist der Aufnahmebereich 28 entlang der Axialrichtung A eine etwa U-förmige Querschnittsform auf. Der horizontale U-Schenkel 30 bildet hierbei eine Bodenfläche des Aufnahmebereichs 28, welche im Montagezustand der Magnetfeder 22 am Rotorpaket 6 entlang der Tangentialrichtung T orientiert ist. Die vertikalen U-Schenkel 32 sichern als Seitenflächen des Aufnahmebereichs 28 den eingesetzten Permanentmagneten 20 vor einem tangentialen Herausgleiten. Die Seitenflächen 32 sind hierbei im Wesentlichen senkrecht zu der Bodenfläche 30 orientiert und im Montagezustand etwa entlang der Radialrichtung R ausgerichtet.
Um ein axiales Herausgleiten des Permanentmagneten 20 aus den Magnetfedern 22 zu verhindern, weisen die Magnetfeder 22, wie insbesondere in den Seitendarstellungen der 7 und 8 erkenntlich, entlang der Tangentialrichtung T eine etwa U-förmige Querschnittsform auf. Der horizontale U-Schenkel ist entlang der Axialrichtung A orientiert und wird durch die Bodenfläche 30 des Aufnahmebereichs 28 ausgebildet. Die vertikalen U-Schenkel 34 sind als Befestigungslaschen ausgeführt. Die Befestigungslaschen 34 sind hierbei entlang der Radialrichtung R zu dem Rotorpaket 6 umgebogen. Dies bedeutet, dass die Befestigungslaschen 34 zwei gegenüberliegend angeordnete Stirnseiten 36 zur axialen Begrenzung des Aufnahmebereichs 28 ausbilden.
Die Befestigungslaschen 34 weisen in den den Permanentmagneten 20 übergreifenden Bereich des Aufnahmebereichs 28 eine Haltekontur 38 zur axial kraftschlüssigen Halterung eines eingesetzten Permanentmagneten 20 auf. Die Haltekonturen 38 sind hierbei als freigestellte Federlaschen der Befestigungslaschen 34 ausgeführt. Wie beispielsweise in der 2 ersichtlich ist, sind die Federlaschen 38 axial in den Aufnahmebereich 28 hinein gebogen. Aufgrund der vorhandenen Biegeelastizität des Federstahlmaterials wirkt beim Einsetzen des Permanentmagneten 20 eine Rückstellkraft der Federlaschen 38 entlang der Axialrichtung A, welche den Permanentmagneten 20 in der Magnetfeder 22 lösbar klemmfixiert.
Die Befestigungslaschen 34 weisen an ihrem jeweiligen Freiende 40, das bedeutet an der dem Aufnahmebereich 28 abgewandten Laschenende, eine etwa S-förmige Biegung 42 auf. Wie insbesondere in der 2 ersichtlich ist, wirkt die Biegung 42 hierbei als ein axiales Hintergriffelement für die lösbare Klipsbefestigung mit den Aussparungen 16. Der Aufnahmebereich 28 weist hierbei geeigneterweise eine axiale Höhe auf, welche an die axialen Abmessungen des Rotorpakets 6 angepasst sind. Durch die Hintergriffelemente 42 der Befestigungslaschen 34 sind die Magnetfedern 22 in einfacher Art und Weise an den Stirnseiten 12 des Rotorpakets 6 klipsbefestigbar.
Im Zuge der Rotormontage werden zunächst die Permanentmagneten 20 in den Aufnahmebereich 28 der Magnetfedern 22 eingesetzt. Hierbei werden die Permanentmagneten 20 entlang der Axialrichtung A kraftschlüssig zwischen den Federlaschen 38 geklemmt. Anschließend werden die Magnetfedern 22 radial auf die Mantelfläche 10 aufgesetzt und mittels der Befestigungslaschen 34 an den stirnseitigen Öffnungen der Aussparungen 16 verklipst. Dadurch ist eine besonders einfache, kostengünstige und werkzeugfreie Befestigung der Permanentmagneten 20 am Rotorpaket 6 realisiert.
Zusätzlich oder alternativ ist es hierbei möglich, dass die Bodenfläche 30 des Aufnahmebereichs 28 - wie in der 8 dargestellt - mit einer radial einwärts gewölbten Bombierung 44 versehen ist. Die Bombierung oder Wölbung 44 der Bodenfläche 30 ist somit zu dem Permanentmagneten 20 hin gekrümmt, sodass im eingesetzten Zustand des Permanentmagneten 20 eine radial gerichtete Rückstellkraft als Anpresskraft an die Anlagefläche 8 der Mantelfläche 10 erzeugt wird. Dadurch ist eine besonders stabile und rüttelfreie Befestigung der Permanentmagneten 20 mittels der Haltevorrichtung 18 realisiert, wodurch ein besonders laufruhiger Betrieb des Elektromotors ermöglicht wird. Der Elektromotor ist bei einer Servolenkung gewöhnlicherweise nahe einer Fahrerkabine angeordnet, sodass der laufruhige Betrieb sich vorteilhaft auf den Benutzerkomfort überträgt.
In der 9 ist ein Ausführungsbeispiel des Rotors 2 gezeigt, bei welchem die etwa ovalförmige Aussparung 16 der stirnseitig äußersten Rotorbleche 4a des Rotorpakets 6 eine reduzierte radiale Breite aufweisen. Mit anderen Worten sind die axial flankierenden Rotorbleche 4a an der Oberseite und Unterseite des Rotorpakets 6 mit radial schmäleren Aussparungen 16 ausgeführt. Dies bedeutet, dass die Aussparungen 16 entlang der Radialrichtung R eine reduzierte lichte Weite aufweisen. Wie in dem Ausführungsbeispiel der 9 ersichtlich ist, ist somit insbesondere ein radial außenseitiger Überhang als Hinterschneidungskontur 46 des Rotorpakets 6 ausgebildet.
Die Hinterschneidungskontur 46 ist hierbei sicher von der Biegung oder dem Hintergriffelement 42 der Befestigungslasche 34 hintergriffen. Insbesondere wird die Hinterschneidungskontur 46 - und somit das Rotorblech 4a - mittels eines ersten S-Bogens 42a der etwa S-förmigen Biegung 42 hintergriffen.
In dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Biegung 42 einen verlängerten vertikalen S-Schenkel 42c an einem zweiten S-Bogen 42b auf, welcher unter einem Winkel geneigt schräg zur Axialrichtung A und Radialrichtung R verläuft und aus der Aussparung 16 herausragt. Durch die schräge Ausrichtung des S-Schenkels 42c ragt das Freiende 40 im klipsbefestigten Zustand der Befestigungslasche 34 aus der Aussparung 16 heraus. Dadurch ist die befestigte Magnetfeder 22 die befestigte Magnetfeder 22 durch ein Verschwenken des emporstehenden Freiendes 40 einfach und werkzeugfrei von dem Rotorpaket 6 lösbar.
In den Darstellungen der 10 und der 11 ist ein axiales Verstemmen der Befestigungslasche 34 in der Aussparung 16 des Rotorpakets 6 gezeigt. Hierbei wird eine an dem Rotorpaket 6 klipsbefestigte Befestigungslasche 34 mittels eines Werkzeugs oder Stempels 48 einer nicht näher dargestellten Verstemmvorrichtung axial entlang einer Verstemmrichtung V in die Aussparung 16 eingepresst. Mit anderen Worten werden die Magnetfedern 22 in diesem Ausführungsbeispiel zunächst radial an dem Rotorpaket 6 angeordnet und mittels der Befestigungslaschen 34 mit den Aussparungen 16 verklipst sowie anschließend mittels des Stempels 48 verstemmt. Der Stempel 48 weist hierbei eine Außenkontur auf, welche an die Innenkontur der Aussparungen 16 angepasst ist, sodass der Stempel 48 im Zuge des Verstemmvorgangs zumindest teilweise axial in die Aussparungen 16 eingreift.
Die in den 10 und 11 gezeigte Magnetfeder 22 weist ein Freiende 40 der Befestigungslasche 34 auf, welches - ähnlich zu dem Ausführungbeispiel der 9 - im verklipsten Zustand axial aus der Aussparung 16 hinausragt (10). Im Zuge des Verstemmens wird der S-Schenkel 42c von dem Stempel 48 axial eingedrückt. Dadurch wird der S-Schenkel 42c, insbesondere im Bereich des Freiendes 40, verformt. Hierbei wird das Freiende 40 etwa senkrecht zu dem S-Schenkel 42c abgewinkelt, sodass der S-Schenkel 42c im verformten Zustand etwa parallel zu den (Rotorpaket-)Stirnseiten 12 verläuft. Dadurch liegt das Freiende 40 innerhalb der Aussparung 16 an dem Rotorpaket 6 an, wodurch der S-Bogen 42b in seiner Position innerhalb der Aussparung 16 kraftschlüssig fixiert wird.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus ableitbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: Rotor
4, 4a: Rotorblech
6: Rotorpaket
8: Anlagefläche
10: Mantelfläche
12: Stirnseite
14: Durchgangsöffnung
16: Aussparung
18: Haltevorrichtung
20: Permanentmagnet
22: Haltehülse/Magnetfeder
24: Sehnenseite
26: Wölbungsseite/Krümmungsseite
28: Aufnahmebereich
30: U-Schenkel/Bodenfläche
32: U-Schenkel/Seitenfläche
34: U-Schenkel/Befestigungslasche
36: Stirnseite
38: Haltekontur/Federlasche
40: Freiende
42: Biegung/Hintergriffelement
42a, 42b: S-Bogen
42c: S-Schenkel
44: Bombierung
46: Hinterschneidungskontur
48: Werkzeug/Stempel
A: Axialrichtung
R: Radialrichtung
T: Tangentialrichtung/Azimutalrichtung
V: Verstemmrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7687957 B2 [0009]

Claims

Rotor (2) eines Elektromotors, insbesondere für eine Servolenkung, aufweisend - ein zylindrisches Rotorpaket (6) und - eine Anzahl von Permanentmagneten (20), welche an einer Mantelfläche (10) des Rotorpakets (6) verteilt angeordnet sind, - sowie eine Haltevorrichtung (18) zur stoffschlussfreien Befestigung und/oder Halterung der Permanentmagnete (20) an der Mantelfläche (10) des Rotorpakets (6), - wobei die Haltevorrichtung (18) eine der Anzahl der Permanentmagnete (20) entsprechende Anzahl von Haltehülsen (22) aufweist, in welche jeweils einer der Permanentmagneten (20) eingesetzt ist, und - wobei die Haltehülsen (22) mit den darin eingesetzten Permanentmagneten (20) radial auf die Mantelfläche (10) aufgesetzt sind.
Rotor (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltehülsen (22) jeweils einen zur Mantelfläche (10) geöffneten Aufnahmebereich (28) für den jeweiligen Permanentmagnet (20) aufweisen.
Rotor (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (20) form- und/oder kraftschlüssig in dem Aufnahmebereich (28) der jeweiligen Haltehülse (22) gehalten ist.
Rotor (2) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich (28) an dessen axial gegenüberliegenden Stirnseiten (36) jeweils einer Haltekontur (38) zur form- und/oder kraftschlüssigen Fixierung des Permanentmagneten (20) in dem Aufnahmebereich (28) aufweist.
Rotor (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltekontur (38) als eine in den Aufnahmebereich (28) hineinragende Federlasche ausgebildet ist.
Rotor (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich (28) mit einer zum Rotorpaket (6) hin orientierten Bombierung (44) versehen ist.
Rotor (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltehülsen (22) an den gegenüberliegenden Stirnseiten (12) des Rotorpakets (6) befestigt sind.
Rotor (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltehülsen (22) stirnseitig angeordneten Befestigungslaschen (34) zur form- und/oder kraftschlüssigen Befestigung in Aussparungen (16) des Rotorpakets (6) aufweisen.
Rotor (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungslaschen (34) radial nach innen gewinkelt sind und an deren jeweiligen Freiende (40) mit einem axial gerichteten Hintergriffelement (42) zur Klipsbefestigung mit den Aussparungen (16) ausgeführt sind.
Rotor (2) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungslaschen (34) in den Aussparungen (16) verstemmt sind.
Elektromotor, insbesondere für eine Servolenkung, aufweisend einen Stator und eine gegenüber diesem drehbar gelagerte Motorwelle mit einem wellenfestem Rotor (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.