DE102021205740A1

DE102021205740A1 - Rotor für eine elektrische Maschine, eine elektrische Maschine, sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Rotors

Info

Publication number: DE102021205740A1
Application number: DE102021205740.3A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Haefele; Vincent Fix; Andreas Madlinger; Jochen Weidlich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-06-08
Filing date: 2021-06-08
Publication date: 2022-12-08
Also published as: CN115528830A

Abstract

Rotor für eine elektrische Maschine, elektrische Maschine (12), und Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotors, mit einem Rotorkörper (11), der an seinem radial äußeren Umfang (13) mehrere radial offene Magnettaschen (14) aufweist, in die Permanentmagnete (16) eingefügt sind, wobei die Magnettaschen (14) in Umfangsrichtung (9) beidseitig durch radiale Stege (18) begrenzt sind, und die Permanentmagnete (16) mittels einer Tangentialkraft (24) gegen eine erste tangentiale Seite (31) der Magnettasche (14) gepresst sind, so dass die Permanentmagnete (16) unmittelbar an den radialen Stegen (18) der ersten tangentialen Seite (31) anliegen, wobei die radialen Stege (18) der ersten tangentialen Seite (31) Anschlagstege (20) mit einem Anschlag (21) für die Permanentmagnete (16) bilden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotor für eine elektrische Maschine, sowie auf eine elektrische Maschine und auf ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Rotors nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
Mit der DE 10 2007 029 719 A1 ist ein Rotor einer elektrischen Maschine bekannt geworden, bei dem „vergrabene Magnete“ in radial nach außen geschlossenen Magnettaschen des Rotors angeordnet sind. Dabei werden die Magnetpole des Rotors durch die Form des radial äußeren tangentialen Stegs bestimmt, der die Magnettasche radial nach außen abschließt. Daher ist es bei dieser Ausführung die exakte Positionierung der Magneten in der Magnettasche in Tangentialrichtung relativ unkritisch und hat keinen großen Einfluss auf das Rastmoment des Rotors. Die Magnete werden gemäß einer Variante mittels zusätzlich ausgeformten elastischen Klemmelementen tangential an die gegenüberliegende Wand der Magnettasche gedrückt. Dabei können die die auftretenden Fertigungstoleranzen bei der Herstellung der Magnete oder für die genaue Lage der Magnettaschen im Rotor, oder für die genaue Lage der Magnete innerhalb der Magnettasche akzeptiert werden, da diese aufgrund der geometrischen Ausformung des tangentialen äußeren Steges sich kaum auf das Magnetfeld der Rotorpole auswirken. Werden hingegen zur Erhöhung der Leistungsdichte des Motors bei einem Rotor radial offene Magnettaschen ausgebildet, haben die auftretenden Fertigungstoleranzen einen großen störenden Einfluss auf die gewünschte Ausgestaltung der Rotorpole. Dieser Nachteil soll durch die erfindungsgemäße Lösung behoben werden.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass die Magnete in radial offenen Magnettaschen in Tangentialrichtung gegen einen exakt definierten tangentialen Anschlag gepresst werden, der direkt durch den radialen Steg der seitlichen Begrenzung der Magnettasche ausgebildet ist. Dadurch kann auch der Oberflächenmagnet in der radial offenen Tasche trotz auftretender Fertigungstoleranzen des Magneten und des Blechschnitts des Rotors immer so definiert im Rotorkörper angeordnet werden, dass der gewünschte Magnetpol durch den exakt positionierten Oberflächenmagneten realisiert wird. Somit lässt sich das Rastmoment und die Unwucht des Rotors reduzieren, um ein sehr gleichmäßiges Abtriebsmoment der elektrischen Maschine zur Verfügung zu stellen.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen vorgegebenen Ausführungen möglich. Durch das einstückige Anformen von elastischen Federelementen an den Rotorkörper können durch diese die Permanentmagnete gegen einen seitlichen Anschlagssteg gepresst werden, der eine seitliche Begrenzungswand der radial offenen Magnettasche bildet. Dadurch kann das Spiel zwischen dem Magneten und der Magnettasche ohne zusätzliche Fixierelemente direkt beim Einfügen der Permanentmagnete eliminiert werden. Durch das federnde Andrücken des Magneten gegen den Anschlagsteg mittels der angeformten Federelemente wird gleichzeitig die Toleranzkette reduziert, wodurch die Permanentmagnete exakter über den Umfang positioniert sind.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Rotorkörper aus einzelnen, axial übereinander gestapelten Blechlamellen zusammengesetzt. Dabei können an diesen Blechlamellen an deren radial äußeren Umfang sowohl die elastischen Federelemente, als auch die Anschlagsstege einstückig mit den Blechlamellen mit ausgestanzt werden. Dadurch kann bei dem zusammengesetzten Rotorkörper an einer tangentialen Seite der Anschlagsteg für die Permanentmagneten ausgebildet werden, und an der tangential gegenüberliegenden Seite die Federelemente angeformt werden, die den Magneten gegen den Anschlagssteg drücken. Dabei können zwischen zwei Magnettaschen in Axialrichtung abwechselnd die elastischen Federelemente für eine Magnettasche und die Anschlagstege für die benachbarte Magnettasche hintereinander angeordnet werden. Dabei können unterschiedliche Typen von Blechlamellen axial übereinander gestapelt werden. Alternativ können sich über den Umfang einer einzigen Blechlamelle Anschlagstege und elastische Federelemente abwechseln, wobei dann axial übereinander gestapelte Blechlamellen in Umfangsrichtung zueinander verdreht angeordnet werden.
Damit die Federelemente in Tangentialrichtung eine Federkraft auf die Permanentmagnete aufbringen können, ragt das Federelement mit seiner Anpressfläche in Tangentialrichtung über die radialen Stege von benachbarten Blechlamellen hinaus, in Richtung zu dem gegenüberliegenden Anschlagssteg hin. Tangential gegenüberliegend zur Anpressfläche erstreckt sich das Federelement in Tangentialrichtung nicht bis zum Anschlag der Anschlagstege für die tangential benachbarte Magnettasche. Dadurch steht dem Federelement ein tangentialer Federweg zur Verfügung, mittels dem Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden und die Permanentmagnete somit definiert gegen den gegenüberliegenden Anschlagsteg gepresst werden können.
Die radialen Stege, die zumindest an einer Seite den Anschlag für den Permanentmagneten bilden, sind bevorzugt trapezförmige ausgebildet, so dass die tangentiale Abmessung der radialen Stege am radial äußeren freien Ende größer ist, als an deren radial innen liegenden Seite, mit der sie mit dem Rotorkörper verbunden sind. Dadurch kann der Anschlag der Anschlagstege flächig an einer Seitenwand des Magneten anliegen, wobei die beiden Seitenwände des Magneten abweichend von einer Radialrichtung - näherungsweise parallel zueinander - ausgerichtet sein können.
Beim axialen Einschieben der Permanentmagnete in die Magnettaschen können die Federelemente in Axialrichtung elastisch verformt werden. Hierzu ist in einer bestimmten Umfangsstelle, an der das Federelement angeordnet ist, die axial unmittelbar folgende Blechlamelle mit einer Freisparung im Umfangsbereich des Federelements ausgebildet. Das bedeutet, dass an dieser Umfangsstelle die benachbarte Blechlamelle weder ein Federelement, noch ein radialer Steg, sondern eine Freistanzung aufweist.
Damit der Permanentmagnet axial leichter in die Magnettasche eingeführt werden kann, sind an einem axialen Ende des Rotorkörpers Einführbereiche für die Magneten ausgebildet. Das bedeutet, dass die ersten zwei bis sieben Blechlamellen aufeinanderfolgend keine Federelemente aufweisen, sondern lediglich radiale Stege. Der tangentiale Abstand zwischen diesen Stegen ist dabei größer als die tangentiale Abmessung der Permanentmagnete, so dass die Permanentmagnete mit tangentialem Spiel axial in den Einführbereich eingefügt werden können. Werden die Permanentmagnete dann axial weiter eingepresst, werden diese von den, an den darauffolgenden Blechlamellen angeformten Federelementen in Tangentialrichtung gegen die Anschlagstege gepresst.
Für eine elektrische Maschine mit einer hohen Energiedichte werden auf den Rotorkörper bevorzugt sogenannte „Brotleib-Magnete“ in die radial offenen Magnettaschen eingesetzt. Die Magnete weisen hierzu eine ebene Bodenfläche auf, die flächig am Boden der Magnettasche anliegt. Seitlich weist der Permanentmagnet zwei näherungsweise parallele Seitenflächen auf, die jeweils einen Winkel zur Radialrichtung des Rotorkörpers bilden. Am radial äußeren Umfangsbereich ist die Oberfläche des Magneten gewölbt ausgebildet, wobei die Oberfläche insbesondere von einem exakten Kreissegment abweicht. Dabei kann die gewölbte Oberfläche derart designed werden, dass das Rastmoment des Rotors minimiert wird.
In einer bevorzugten Ausführung des Rotors ist die lichte Weite der Magnettasche asymmetrisch zu einer Rotor-Symmetrieachse angeordnet, die durch die Geometrie des Blechschnitts der Blechlamellen vorgegeben ist. Dabei ist im Rotorkörper für jeden Rotorpol eine Aussparung ausgestanzt, die von der Rotor-Symmetrieachse in Umfangsrichtung halbiert werden. Die lichte Weite der Magnettasche ist dabei durch die Anpressfläche des elastischen Federelements und dem tangential gegenüberliegenden Anschlag des Anschlagstegs gegeben. Die tangentiale Lage dieser lichten Weite (entspricht der tangentialen Breite) der Magnettasche wird dabei durch deren Mittelsenkrechte, die quer zum Boden der Magnettasche verläuft, definiert.
Wird die die Mittelsenkrechte der lichten tangentialen Breite der Magnettasche mit einem tangentialen Abstand zur Rotor-Symmetrieachse eines Magnetpols vom seitlichen Anschlag der Magnettasche weg angeordnet, kann dadurch das tangentiale Spiel des Magneten innerhalber der Magnettasche ausgeglichen werden. Da der Magnet immer gegen den Anschlag an einer tangentialen Seite der Magnettasche gepresst wird, bedeutet das, dass der tangentiale Mittelpunkt des Magneten über alle Fertigungstoleranzen hinweg mit diesem Abstand zur Mittelsenkrechten der lichten Breite zum Anschlag hin angeordnet ist. Damit ist die Nominalposition der Permanentmagnete gegenüber der Motor-Symmetrieachse besser zentriert, wodurch das Rastmoment und damit auch störende Geräusche der elektrischen Maschine reduziert werden. Diese asymmetrische Anordnung der lichten tangentialen Weite gegenüber der Motor-Symmetrieachse kann auch unabhängig von der Ausbildung der Federelemente realisiert werden, wobei die Magnete beispielsweise auch mit Hilfsmitteln gegen den tangentialen Anschlag der Magnettasche gepresst werden können. Dabei können die Permanentmagnete in einem weiteren Fertigungsschritt endgültig in dieser Position fixiert werden.
Um die Permanentmagnete auch bei großen Krafteinwirkungen zuverlässig auf dem Rotorkörper zu fixieren kann bevorzugt eine Schutzhülse oder ein Schrumpfschlauch am Umfang des Rotors befestigt werden. Dabei liegt die Schutzhülse oder der Schrumpfschlauch radial an der Oberfläche der Magneten an und drückt diese radial gegen die Drehachse des Rotors. Dabei können die Permanentmagnete zuvor mittels der angeformten Federelemente - oder alternativ mittels anderer Hilfswerkzeuge oder separat ausgebildeten Klemmmitteln - gegen den tangentialen Anschlag der Magnettasche gepresst werden. Bei dieser Ausführung kann auf ein aufwendiges Umspritzen der Magnete auf dem Rotor verzichtet werden.
Der Rotor ist vorteilhaft als Innenläufer einer elektrischen Maschine ausgebildet, die bevorzugt elektronisch kommutiert ist. Dabei ist der Rotor innerhalb eines Stators angeordnet, dessen Statorwicklung elektronisch angesteuert werden kann.
Nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren werden die Permanentmagnete zuerst in die Magnettaschen eingesetzt und in Tangentialrichtung gegen den Anschlag einer tangentialen Seite der Magnettasche gepresst. Dabei kann die Tangentialkraft durch einstückig angeformte Federnasen ausgeübt werden, oder durch andere Hilfswerkzeuge bei der Fertigung. Danach können die Permanentmagnete in einem weiteren Fertigungsschritt dauerhaft auf dem Rotorkörper befestigt werden. Dazu kann bevorzugt eine Schutzhülse oder ein Schrumpfschlauch axial auf den Rotor aufgepresst werden.
Bei der Herstellung der Blechlamellen für den Rotorkörper kann die lichte Weite (= lichte Breite) der Magnettasche derart ausgestanzt werden, dass deren Mittelsenkrechte mit einem tangentialen Abstand zur Rotor-Symmetrieachse der Rotorpole angeordnet ist. Dabei ist die Mittelsenkrechte bevorzugt um 0,02 bis 0,5 mm gegenüber der Rotor-Symmetrieachse vom tangentialen Anschlag der Magnettasche weg versetzt angeordnet. Dadurch ist die notwendige Fertigungstoleranz des Permanentmagneten innerhalb der Magnettasche kein Bestandteil der Toleranzkette für die absolute tangentiale Position des Permanentmagneten auf dem Rotor.
Werden beim Ausstanzen der Blechlamellen an einer tangentialen Seite der Magnettaschen gleich die Federelemente einstückig mit ausgestanzt, so sind für das tangentiale Anpressen der Magnete gegen den seitlichen Anschlag keine zusätzlichen Hilfsmittel notwendig. Vielmehr werden die Permanentmagnete gleich beim Einfügen in die Magnettaschen direkt tangential gegen den seitlichen Anschlag gepresst. Falls die Federkraft dieser Federnasen für einen Dauerbetrieb der elektrischen Maschine nicht ausreicht, können die Permanentmagnete zusätzlich zum Beispiel durch eine Schutzhülse oder einen Schrumpfschlauch am äußeren Umfang des Rotors dauerhaft befestigt werden. Dabei liegt die Schutzhülse oder der Schrumpfschlauch radial an der Oberfläche des Permanentmagneten an und drückt diesen gegen den Boden der Magnettasche.
Der erfindungsgemäße Rotor eignet sich besonders für die Ausbildung einer elektrischen Maschine, bei der radial innerhalb des Stators der Rotor aufgenommen ist. Der Stator ist dabei in einem Motorgehäuse angeordnet, an dem auch die Lagerschilde für die Lagerung des Rotors ausgebildet sind. Axial über dem bewickelten Stator ist bevorzugt eine Elektronikeinheit angeordnet, die eine Verschalteplatte - und die damit verbundenen elektrischen Spulen - ansteuert. Die elektrische Maschine ist bevorzugt als EC-Motor ausgebildet, wobei der Stator die elektronisch kommutierten Spulen aufweist, die den Rotor mit darin angeordneten Permanentmagneten antreiben.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors ohne Permanentmagnete,
2 ein Ausschnitt einer Variation der Ausführung gemäß 1,
3 schematisch eine weitere Ausführung einer erfindungsgemäßen Magnettasche, und
4 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Rotors.

In 1 ist ein Rotor 10 einer elektrischen Maschine 12 dargestellt, bevor auf diesen Permanentmagnete 16 montiert werden. Der Rotor 10 weist einen Rotorkörper 11 auf, an dessen äußerem Umfang 13 mehrere Magnettaschen 14 ausgebildet sind. Der Rotorkörper 11 ist aus Blechlamellen 26 zusammengesetzt, die axial übereinander angeordnet und miteinander verbunden sind - beispielsweise mittels Stanzpaketierungen 51. Über die Umfangsrichtung 9 des Rotorkörpers 11 sind die Magnettaschen 14 durch radiale Stege 18 voneinander getrennt, die einstückig an den Blechlamellen 26 angeformt sind. Beispielsweise sind hier zehn Magnettaschen 14 über den Umfang ausgebildet, in die in Axialrichtung 8 jeweils ein Permanentmagnet 16 einschiebbar ist. Die radialen Stege 18 sind an mehreren Umfangswinkeln 49 axial fluchtend zueinander ausgebildet, wobei nicht in jeder Lamellenschicht radiale Stege 18 ausgebildet sind. An einigen Lamellenschichten sind anstatt der radialen Stege 18 Federnasen 22 ausgebildet, die eine Tangentialkraft 24 auf die eingefügten Permanentmagnete 16 ausüben. Dabei werden die Permanentmagnete 16 durch die Federnasen 22 in Umfangsrichtung 9 gegen die tangential gegenüberliegenden radialen Stege 18 gepresst. Die Federnasen 22 weisen eine Anpressfläche 23 auf, die am eingefügten Permanentmagnet 16 anliegt, um diesen mit der Tangentialkraft 24 zu beaufschlagen. Die radialen Stege 18 weisen auf deren der Anpressfläche 23 zugewandten Seite einen Anschlag 21 auf, und bilden somit für diejenige Magnettasche 14, die der Anpressfläche 23 zugewandt ist, Anschlagstege 20. Die Magnettasche 14 wird also an einer ersten tangentialen Seite 31 durch den Anschlag 21 der Anschlagstege 20, und an der gegenüberliegenden zweiten tangentialen Seite 32 durch die Anpressfläche 23 der Federnasen 22 begrenzt. Dazwischen weist die Magnettasche 14 eine lichte tangentiale Weite 44 auf, die bei eingefügtem Permanentmagneten 16 der tangentialen Abmessung 46 der Permanentmagnete 16 entspricht. Die Anpressfläche 23 der Federnasen 22 ragt an einem bestimmten Umfangswinkel 49 in Umfangsrichtung 9 über die radialen Stege 18 hinaus, zum tangential gegenüberliegenden Anschlag 21 hin. An der Federnase 22 ist gegenüberliegend zur Anpressfläche 23 eine Freisparung 25 ausgeschnitten, so dass sich die Federnase 22 nicht bis zum Anschlag 21 der radialen Stege 18 für die benachbarte Magnettasche 14' hin erstreckt. Diese Freisparung 25 erlaubt eine tangentiale elastische Bewegung der Federnase 22, ohne dass die Federnase 22 mit einem der Anpressfläche 23 gegenüberliegenden Nasenrücken 27 tangential an dem benachbarten Permanentmagneten 16 anliegt. Die radialen Stege 18 bilden jeweils nur zu einer Magnettasche 14 hin den tangentialen Anschlag 21 (an der ersten tangentialen Seite 31 der Magnettasche 14). An einer tangential dem Anschlag 21 gegenüberliegenden Flanke 19 werden die radialen Stege 18 von der Anpressfläche 23 der Federnasen 22 in Umfangsrichtung 9 überragt (an der zweiten tangentialen Seite 32 der Magnettasche 14). An einem bestimmten Umfangswinkel 49 sind die Federnasen 22 und die radialen Stege 18 axial fluchtend zueinander angeordnet, wobei einige Blechlamellen 26 die radialen Stege 18 und andere Blechlamellen 26 an dem gleichen Umfangswinkel 49 die Federnasen 22 aufweisen. Axial dazwischen sind Blechlamellen 26 angeordnet, die an diesem Umfangswinkel 49 weder einen radialen Steg 18 noch eine Federnase 22 aufweisen. Die radialen Stege 18 weisen an ihrem radial äußeren Umfang 13 eine größere Abmessung 58 auf, als an ihrem radial inneren Bereich, wo sie mit den Blechlamellen 26 verbunden sind. Dadurch sind die radialen Stege 18 näherungsweise trapezförmig ausgebildet. An einem axialen Ende des Rotorkörpers 11 sind Einführbereiche 54 für die Permanentmagnete 16 ausgebildet. Hier sind an mehreren axial unmittelbar benachbarte Blechlamellen 26 jeweils an einem bestimmten Umfangswinkel 49 axial aufeinander folgend jeweils radiale Stege 18, jedoch keine Federnasen 22 ausgebildet. Beim Einschieben der Permanentmagnete 16 in Einschubrichtung 88 werden diese dann durch die Federnasen 22 in Umfangsrichtung 9 gegen die den Anpressflächen 23 gegenüberliegenden Anschläge 21 der radialen Stege 18 gedrückt. Dadurch werden die Permanentmagnete 16 in den Magnettaschen 14 ausgerichtet und fixiert. Der Rotorkörper 11 weist eine zentrale Durchgangsöffnung 53 auf, in die eine Rotorwelle für die Lagerung des Rotors 10 eingefügt werden kann. Aussparungen 52 im radial inneren Bereich des Rotorkörpers 11 bestimmen die Symmetrie und/oder den magnetischen Fluss im Rotor 10 und definieren somit die Rotorpole. Die Rotorpole werden durch Motor-Symmetrieachsen 55 charakterisiert, die durch den Blechschnitt der Blechlamellen 26 vorgegeben sind. So sind die Motor-Symmetrieachsen 55 der Magnetpole in Umfangsrichtung 9 symmetrisch zu den inneren Aussparungen 52 ausgebildet.
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Rotorkörpers 11 dargestellt, bei dem die Federnasen 22 eine andere Geometrie aufweisen. Der radial äußere Umfang 13 der Federnasen 22 ist hier deckungsgleich mit dem Umfang 13 der axial benachbarten radialen Stegen 18 ausgebildet. Die Freisparung 25 der Federnase 22 ist hier insbesondere als geradliniger Nasenrücken 27 in Radialrichtung 7 ausgebildet. Die Anpressfläche 23 ist gewölbt ausgebildet und ragt als warzenförmiger tangentialer Fortsatz 62 in Umfangsrichtung 9 über die Flanke 19 der radialen Stege 18 hinaus. Die lichte Weite 44 der Magnettasche 14 ist hierbei zwischen dem warzenförmigen Fortsatz 62 der Federnase 22 und dem Anschlag 21 der radialen Stege ausgebildet. Beispielsweise sind hier drei unmittelbar aufeinanderfolgende radiale Stege 18 an einer Umfangswinkel 49 angeformt, unmittelbar gefolgt von einer Blechlamelle 26 mit angeformter Federnase 22. In Einschubrichtung 88 nach der Federnase 22 ist wieder der axiale Freiraum 28 für die axiale Verbiegung der Federnase 22 ausgebildet, indem mindestens eine Blechlamelle 26 an dem Umfangswinkel 49 weder einen radialen Steg 18 noch eine Federnase 22 aufweist.
In 3 ist schematisch ein Schnitt durch die Magnettasche 14 quer zur Drehachse 50 des Rotors 10 dargestellt. Dabei sind Fertigungstoleranzen der Magnettasche 14 und des Permanentmagneten 16 in stark überzeichneter Weise dargestellt. Fertigungsbedingt ist die Position der Magnettasche 14 in Umfangsrichtung 9 mit einem Toleranzbereich 66 behaftet. Ebenso schwankt die lichte Weite 44, die der Breite der Magnettasche 14 entspricht, um eine Weitentoleranz 64. Im oberen Bild a) ist der Permanentmagnet 16 mit seiner nominalen tangentialen Abmessung 46 dargestellt und liegt an der ersten tangentialen Seite 31 am Anschlag 21 der Magnettasche 14 an. Die lichte Weite 44 der Magnettasche 14 ist in Bild a) ebenfalls als Nominalwert dargestellt. Als Bezugsgröße für die Position der Magnettasche 14 ist eine Mittelsenkrechte 45 der lichten Weite 44 eingezeichnet, die der tangentialen Mitte der Magnettasche 14 entspricht, und somit um die Hälfte der lichten Weite 44 vom Anschlag 21 weg versetzt angeordnet ist. Die Mittelsenkrechte 45 ist hierbei mit einem Abstand 60 zur Rotor-Symmetrieachse 55 angeordnet. Da der Permanentmagnet 16 mit einer Tangentialkraft 24 gegen den Anschlag 21 gepresst wird, ist hier die tangentiale Magnetmitte 76 des Permanentmagneten 16 auf der Rotor-Symmetrieachse 55 angeordnet, wodurch das Rastmoment des Rotors 10 optimiert wird. Rechts vom Permanentmagneten 16 ist das tangentiale Spiel 72 des Permanentmagneten 16 in der Magnettasche 14 als Nominalwert dargestellt.
Im Bild b) darunter ist eine minimale lichte Weite 44 der Magnettasche 14, kombiniert mit einer maximalen tangentialen Abmessung 46 des Permanentmagneten 16 dargestellt. Durch das Anpressen des Permanentmagneten 16 an den Anschlag 21 des radialen Stegs 18, ist die größtmögliche Abweichung 68 der Magnetmitte 76 von der Motor-Symmetrieachse 55 nach rechts - vom Anschlag 21 weg - geringer, als bei einer maximal möglichen Abweichung 68 gemäß einer statistisch verteilten Anordnung des Permanentmagneten 16 innerhalb der lichten Weite 44.
Im Bild c) darunter ist eine maximale lichte Weite 44 der Magnettasche 14, kombiniert mit einer minimalen tangentialen Abmessung 46 des Permanentmagneten 16 dargestellt. Durch das Anpressen des Permanentmagneten 16 an den Anschlag 21 des radialen Stegs 18, an der ersten tangentialen Seite 31 ist hierbei die größtmögliche auftretende Abweichung 68 der Magnetmitte 76 von der Motor-Symmetrieachse 55 nach links - zum Anschlag 21 hin - dargestellt. Dadurch, dass die Mittelsenkrechte 45 der lichten Weite 44 der Magnettasche 14 tangential mit einem Abstand 60 zur Motor-Symmetrieachse 55 vom Anschlag 21 weg ausgebildet wird, kann durch das Anpressen des Permanentmagneten 16 gegen den Anschlag 21 eine bessere Zentrierung der Magnetmitte 76 zur Rotor-Symmetrieachse 55 erreicht werden. Durch das Anpressen des Permanentmagneten 16 an den Anschlag 21 des radialen Stegs 18, ist hier die größtmögliche Abweichung 68 der Magnetmitte 76 von der Motor-Symmetrieachse 55 nach links - zum Anschlag 21 hin - geringer, als bei einer maximal möglichen Abweichung 68 gemäß einer statistisch verteilten Anordnung des Permanentmagneten 16 innerhalb der lichten Weite 44. Der Abstand 60 kann dabei im Bereich von 0,05 bis 0,15 mm liegen. Dadurch kann sowohl das Rastmoment als auch die mechanische Unwucht des Rotors 10 reduziert werden. Somit wird die Magnettasche 14 asymmetrisch zur Motor-Symmetrieachse 55, und damit asymmetrisch zu den inneren Aussparungen 52 des Rotorkörpers ausgebildet - insbesondere wird die Magnettasche 14 aus den Blechlamellen 26 ausgestanzt.
In 4 ist ein weiteres Beispiel eines Rotors 10 dargestellt, bei dem die Mittelsenkrechte 45 der lichten Weite 44 der Magnettasche 14 ebenfalls um den Abstand 60 versetzt zur Rotor-Symmetrieachse 55 des Rotorkörpers 11 ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Mittelsenkrechte 45 gegenüber der Motor-Symmetrieachse 55 vom Anschlag 21 weg versetzt. Der Rotorkörper 11 weist die inneren Aussparungen 52 auf, die eine Erstreckung 53 in Tangentialrichtung aufweisen. Zwischen den Aussparungen 52 sind Stege 56 für die Rotorpole ausgebildet. Die Rotor-Symmetrieachse 55 halbiert hierbei die Erstreckung 53 der Aussparung 52. Die lichte Weite 44 ist durch die Anschlag 21 des Anschlagstegs 20 auf der ersten tangentialen Seite 31 und die gewölbte Anpressfläche 23 des warzenförmigen Fortsatzes 62 auf der zweiten tangentialen Seite 32 der Magnettasche 14 vorgegeben. Der Permanentmagnet 16 wird durch die Federnase 22 über die Anpressfläche 23 mit der tangentialen Anpresskraft 24 gegen den Anschlag 21 gepresst. Dabei liegt der Permanentmagnet 16 mit einer Seitenfläche 42 flächig am Anschlag 21 an. Auf der zweiten tangentialen Seite 32 liegt der Permanentmagnet 16 mit der gegenüberliegenden Seitenfläche 42 nur an den Federnasen 22, jedoch tangential nicht an den radialen Stegen 18 an. Dadurch ist zwischen der gegenüberliegenden Seitenfläche 42 und den radialen Stegen 18 ein Hohlraum 74 ausgebildet, der dem tangentialen Überstand des warzenförmigen Fortsatzes 62 gegenüber den radialen Stegen 18 entspricht. Dieser Hohlraum 74 ist notwendig, damit sich die Federnase 22 in gewissen Grenzen in Umfangsrichtung 9 elastisch verformen kann. Der Permanentmagnet 16 liegt mit einer Bodenfläche 41 am Boden 15 der Magnettasche 14 an, die näherungsweise parallel zueinander und senkrecht zur Mittelsenkrechten 45 ausgebildet sind. Die beiden Seitenfläche 42 verlaufen bevorzugt näherungsweise parallel zur Mittelsenkrechten 45. Die radial äußere Oberfläche 43 ist gewölbt ausgebildet, so dass der Permanentmagnet 16 im dargestellten Querschnitt eine sogenannte „Brotlaib-Form“ bildet. Da die Magnettasche 14 radial offen ausgebildet ist, wird der Permanentmagnet 16 hier durch eine Schutzhülse 70 auf dem Rotorkörper 11 gehalten, die insbesondere radial unmittelbar an der Oberfläche 43 des Permanentmagneten 16 anliegt. Die Schutzhülse 70 kann beispielsweise axial auf den Rotorkörper 11 aufgeschoben werden, nachdem die Permanentmagnete 16 in den offenen Magnettaschen 14 vorfixiert wurden. Der Rotor 10 ist radial innerhalb eines Stators 90 gelagert, der bevorzugt elektrische Statorwicklung aufweist, mittels der die elektrische Maschine 12 elektronisch kommutiert wird. An bestimmten Umfangswinkeln 49 sind die radialen Stege 18 wieder axial fluchtend mit den Federnasen 22 angeordnet, bevorzugt aus den Blechlamellen 26 ausgestanzt. Durch den Versatz der lichten Weite 44 gegenüber der Rotor-Symmetrieachse 55 um den Abstand 60, sind auch die radialen Stege 18 asymmetrisch bezüglich der Umfangsrichtung 9 ausgebildet. Dabei sind insbesondere an der ersten tangentialen Seite 31 am Fuße des Anschlags 21 tiefere radiale Ausbuchtungen 78 für eine Ecke 47 des Permanentmagneten 16 ausgeformt. Tangential gegenüberliegend zum warzenförmigen Fortsatz 62 ist wieder die Freisparung 25 dargestellt, die durch den gegenüber dem radialen Steg 18 versetzt ausgebildeten Nasenrücken 27 (gestrichelt dargestellt) ausgebildet wird. Die Blechlamellen 26 sind als geschlossene Ringe ausgebildet, die mittels Stanzpaketierungen 51 axial miteinander verbunden sind. An den einzelnen Blechlamellen 26 sind wahlweise die radialen Stege 18, oder die Federnasen 22, oder weder radiale Stege 18 noch die Federnasen 22 ausgebildet - wobei deren axiale Stapelung zur Ausbildung des Rotorkörpers 11 variiert werden kann.
Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und in der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann beispielsweise die konkrete Ausbildung und Anordnung der Federnasen 22 und der Anschlagstege 20 variiert werden. Ebenso kann die konkrete Lage und Ausbildung, sowie die Anzahl der Magnettaschen 14 und der Permanentmagnete 16 den Anforderungen der elektrischen Maschine 12 und deren Fertigungsmöglichkeiten angepasst werden. Auch können an einer einzigen Blechlamellen 26 in Umfangsrichtung 9 abwechselnd Federnasen 22 und Anschlagstege 20 ausgebildet werden, wobei solche Blechlamellen 26 dann um mindestens einen Rotorpol verdreht zueinander angeordnet werden. Insbesondere können die Ausführungen der mittels der elastischen Federnasen erzeugten Anpresskraft gemäß 1 und 2 und die Ausführungen mit der gegenüber der Rotor-Symmetrieachse 55 versetzten Mittelsenkrechten 45 der Magnettasche 14 gemäß 3 und 4 auch unabhängig voneinander realisiert werden. Die Tangentialkraft 24 zum Anpressen des Permanentmagneten 16 kann dann beispielsweise mittels eines Hilfswerkzeugs oder mittels separaten Spannelementen oder Befestigungsmitteln aufgebracht werden, Dabei werden vorzugsweise die Permanentmagnete 16 anschließend mittels der Schutzhülse 70 oder dem Schrumpfschlauch 70' dauerhaft auf dem Rotorkörper11 gesichert. Die Erfindung eignet sich in besonderer Weise für den Drehantrieb von Komponenten oder die Verstellung von Teilen im Kraftfahrzeug, ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007029719 A1 [0002]

Claims

Rotor (10) für eine elektrische Maschine (12), mit einem Rotorkörper (11), der an seinem radial äußeren Umfang (13) mehrere radial offene Magnettaschen (14) aufweist, in die Permanentmagnete (16) eingefügt sind, wobei die Magnettaschen (14) in Umfangsrichtung (9) beidseitig durch radiale Stege (18) begrenzt sind, und die Permanentmagnete (16) mittels einer Tangentialkraft (24) gegen eine erste tangentiale Seite (31) der Magnettasche (14) gepresst sind, so dass die Permanentmagnete (16) unmittelbar an den radialen Stegen (18) der ersten tangentialen Seite (31) anliegen, wobei die radialen Stege (18) der ersten tangentialen Seite (31) Anschlagstege (20) mit einem Anschlag (21) für die Permanentmagnete (16) bilden.
Rotor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tangentialkraft (24) mittels elastischer Federnasen (22) aufgebracht ist, die an einer zweiten tangentialen Seite (32) der Magnettaschen (14) einstückig an dem Rotorköper (11) angeformt sind, und die elastischen Federnasen (22) eine tangentiale Vorspannung zu den Anschlagstegen (22) hin aufweisen.
Rotor (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkörper (11) aus einzelnen axial gestapelten Blechlamellen (26) zusammengesetzt ist, und sowohl die Federnasen (22) als auch die Anschlagstege (20) einstückig als radiale Fortsätze an den Blechlamellen (26) ausgebildet sind, und die Federnasen (22) für eine erste Magnettasche (14) an einem bestimmten Umfangswinkel (49) in Axialrichtung (8) abwechselnd mit den Anschlagstegen (20) für eine zweite, tangential benachbarte Magnettasche (14') angeordnet sind.
Rotor (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Federnasen (22) an ihrem radial äußeren Bereich in Tangentialrichtung (9) zu den Anschlagstegen (20) hin über die axial benachbarten radialen Stege (18) hinausragen, und vorzugsweise in der tangential entgegengesetzten Richtung sich nicht bis zum Anschlag (21) der Anschlagsstege (20) erstrecken.
Rotor (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Stege (18) an ihrer radialen Außenseite (13) eine größere Abmessung (58) in Umfangsrichtung (9) aufweisen, als in einem radialen Bereich eines Bodens (15) der Magnettasche (14), wo die radialen Stege (18) an den Rotorkörper (11) angebunden sind.
Rotor (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (16) in Einschubrichtung (88) entlang der Axialrichtung (8) in die Magnettaschen (14) eingeschoben sind, und an mindestens einer, der Federnase (22) unmittelbar axial folgenden Blechlamelle (26) an dem Umfangsbereich der Federnase (22) keine Federnase (22) und kein radialer Steg (18) ausgebildet ist, um einen axialen Freiraum (28) für das axiale Verbiegen der Federnase (22) auszubilden.
Rotor (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem axialen Einführbereich (54) für die Permanentmagnete (16) an mehreren axial unmittelbar aufeinanderfolgenden Blechlamellen (26) jeweils radiale Stege (18) und keine Federnasen (22) ausgebildet sind, und insbesondere diesen Blechlamellen (26) axial eine Blechlamelle (26) folgt, an der die Federnasen (22) angeformt sind.
Rotor (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (16) zur Drehachse (50) des Rotors (10) hin eine ebene Bodenfläche (41) und am radial äußeren Umfang (13) eine gewölbte Oberfläche (43) aufweisen und somit „Brotlaib“-Magnete ausbilden, die insbesondere zwei näherungsweise parallele Seitenflächen (42) aufweisen, die näherungsweise senkrecht zur Bodenfläche (41) ausgerichtet sind.
Rotor (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnettasche (14) zwischen der Federnase (22) und dem Anschlag (21) eine lichte tangentiale Weite (44) aufweist, deren Mittelsenkrechte (45) von einer radialen Rotor-Symmetrieachse (55) beabstandet ist, die durch die Geometrie des Rotorkörpers (11) - insbesondere durch Aussparungen (52) im radial innerem Bereich des Rotorkörpers (11) - vorgegeben ist.
Rotor (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotor-Symmetrieachse (55) mit einem Abstand (60) von 0,05 bis 0,20 mm von der Mittelsenkrechten (45) zum Anschlag (21) hin angeordnet ist.
Rotor (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (16) mit einer Schutzhülse (70) oder einem Schrumpfschlauch (70') auf dem Rotor (10) fixiert sind, die radial an der Oberfläche (43) der Permanentmagneten (16) anliegt.
Elektrische Maschine (12) mit einem Rotor (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, der drehbar innerhalb eines eine elektrische Wicklung aufweisenden Stators (90) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Rotors (10) für eine elektrische Maschine (12) vorzugsweise nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Einfügen der Permanentmagnete (16) in die Magnettaschen (14), wobei die Permanentmagnete (16) mittels einer Tangentialkraft (24) in Umfangsrichtung (9) gegen einen Anschlag (21) des Anschlagstegs (20) gepresst werden, und insbesondere die Permanentmagneten (16) anschließend in einem weiteren Schritt dauerhaft in den Magnettaschen (14) fixiert werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnettasche (14) derart aus der Blechlamelle (26) ausgestanzt wird, dass die Mittelsenkrechte (45) der freien tangentialen Weite (44) der Magnettasche (14) mit einem Abstand (60) von 0,05 bis 0,50 in Umfangsrichtung (9) beabstandet zur Rotor-Symmetrieachse (55) des Magnetpols vom Anschlag (21) der Anschlagstege (20) weg versetzt ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Tangentialkraft (24) durch Federnasen (22) aufgebracht wird, die einstückig mit der Blechlamelle (26) ausgestanzt werden - und insbesondere anschließend eine Schutzhülse (70) oder ein Schrumpfschlauch (70') axial auf die - mittels der Federnasen (22) vorfixierten - Permanentmagnete (16) axial aufgeschoben wird, und radial an den Oberflächen (43) der Permanentmagnete (16) anliegt.