EP3031130A2

EP3031130A2 - Elektrische maschine

Info

Publication number: EP3031130A2
Application number: EP14744450.9A
Authority: EP
Inventors: Thomas Schreiber; Georg Bonk
Original assignee: Buehler Motor GmbH
Current assignee: Buehler Motor GmbH
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2014-06-05
Publication date: 2016-06-15
Also published as: US20160156234A1; CN105474513B; WO2015018402A2; US9705368B2; MX346151B; CN105474513A; MX2015016816A; DE102013215812A1; WO2015018402A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrische Maschine, insbesondere Elektromotor, mit einem Rotor, der ein Blechpaket aus gestapelten Blechlamellen (3a) mit zumindest zwei sich tangential erstreckenden Aussparungen aufweist, in welchen jeweils zumindest ein Permanentmagnet (5) zumindest zu einem großen Teil aufgenommen ist und zumindest eine Blechlamelle (3a) zumindest einen elastischen Arm (6a) aufweist der zwischen den zumindest zwei Permanentmagneten angeordnet ist und an einem Permanentmagneten (5) anliegt und diesen im Wesentlichen in eine tangentiale Richtung federnd beaufschlagt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine elektrische Maschine darzustellen, bei der die Montage und auch eine eventuelle Demontage erleichtert, die Gefahr von Spanbildung vermindert, die Teileanzahl verringert, eine leichte Anpassbarkeit an unterschiedliche Geometrien und Einsatzbedingungen möglich ist und ein verbesserter Wirkungsgrad und eine höhere Leistungsdichte erzielbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Anspruch 1 und des Verfahrensanspruchs 19 gelöst.

Description

Titel: Elektrische Maschine

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Elektrische Maschine, insbesondere Elektromotor, mit einem Rotor (1 ), der ein Blechpaket (2) aus gestapelten Blechlamellen (3) mit zumindest zwei sich tangential erstreckenden Aussparungen (4) aufweist, in welchen jeweils zumindest ein Permanentmagnet (5) zumindest zu einem großen Teil aufgenommen ist und zumindest eine Blechlamelle (3) zumindest einen elastischen Arm (6) aufweist, der zwischen den zumindest zwei Permanentmagneten (5) angeordnet ist und an einem Permanentmagneten (5) anliegt und diesen im

Wesentlichen in eine tangentiale Richtung federnd beaufschlagt.

Aus der DE 10 2007 029 71 9 A1 ist eine gattungsgemäße elektrische Maschine bekannt, bei der sowohl tangential wirkende als auch radial wirkende elastische Arme beschrieben werden, um das Spiel zwischen dem Permanentmagneten und der Aussparung im Blechpaket zu verringern. Ein solches Spiel führt bei elektrischen Maschinen zu einem erhöhten Rastmoment, das bei einigen Anwendungen wie Servolenkungen fühlbar ist oder zu erhöhter Geräuschentwicklung führen kann. Um die Montage der Permanentmagnete zu erleichtern sind nicht alle Bleche mit elastischen Armen ausgestattet, sondern die daran anschließenden Bleche weisen an gleicher Stelle eine Freisparung auf. Die bekannte Lösung hat den Nachteil, dass die elastischen Arme beim Fügen der Permanentmagnete in Axialrichtung verbogen werden, dadurch reibt die Blechkante am Permanentmagneten und erzeugt Späne. Die Spanbildung erklärt sich vor allem dadurch, dass die zu verbiegenden Arme relativ kurz sind, woraus hohen Biegekräfte resultieren. Weiter sind die elastischen Arme teilweise in Bereichen angeordnet, die für den Magnetfluss einen möglichst geringen Widerstand aufweisen sollten. Eine Änderung der Geometrie zur Erzielung unterschiedlicher Elastizitäten würde stets auch den Wirkungsgrad beeinflussen. Bei Verlängerung der Federarme würde der Widerstand im Magnetkreis erhöht und der Wirkungsgrad verringert. Auch bei einer Verlängerung der Federarme würden sich diese bei der Montage verbiegen. Weiter ist mit unerwünschter Spanbildung infolge Abschabungen vom Permanentmagneten durch die Blechkanten zu rechen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine elektrische Maschine darzustellen, bei der die Montage und auch eine eventuelle Demontage erleichtert, die Gefahr von Spanbildung vermindert, die Teileanzahl verringert, eine leichte Anpassbarkeit an unterschiedliche Geometrien und Einsatzbedingungen möglich ist und ein verbesserter Wirkungsgrad und eine höhere Leistungsdichte erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Anspruches 1 und des Verfahrensanspruches 19 gelöst.

Hinweis: Die Bezugszeichen in den Patentansprüchen wurden der Übersichtlichkeit halber nur als arabischen Ziffern und ohne zusätzliche Buchstabenindizes wie in den Ausführungsbeispielen dargestellt. Die Bezugszeichen, z.B. (6), schließen alle mit Kleinbuchstaben indizierten Bezugszeichen (6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g) mit ein.

Bezugszeichen für Teile, die bei allen Ausführungsbeispielen gleich bleiben oder nur einmal vorkommen (5, 12, 13, 14), sind grundsätzlich keine Indizes vorgesehen.

Erläuterungen zu Begriffen:„flächige Auflagebereiche" bedeutet, dass der elastische Arm (6) mit mindestens einem Viertel seiner Gesamtfläche am Auflagebereich (7) aufliegt. Als„flächige Auflagebereiche" würde aber auch eine kleinere Fläche gelten, wenn die Auflagebereiche geometrisch so ausgebildet sind dass der elastische Arm (6) in mindestens einem Bereich über mindesten einem Viertel seiner Breite in Tangentialrichtung am Auflagebereich (7) aufliegt. Weiter ist mit„zwischen zwei Permanentmagneten" im Oberbegriff des Anspruches 1 und des Anspruches 19 gemeint, dass der elastische Arm zumindest soweit in einen Bereich zwischen benachbarten Permanentmagneten hineinreicht, dass er einen der

Permanentmagnete unter allen zu erwartenden Maßabweichungen und

Temperatureinflüssen sicher halten kann. Der elastische Arm kann aber auch mit einem deutlicheren Anteil in diesem Bereich angeordnet sein oder sogar über diesen Bereich hinausreichen. Mit„axial" ist eine Normale zur Blechebene gemeint, also eine Parallele zur Rotorachse. Mit„tangential" ist eine Tangente an einen Kreis um die Rotorachse in der Blechebene gemeint. Da der elastische Arm (6) einer Blechlamelle (3) axial flächig aber nur mit einem Teil seiner Axialfläche an einem Auflagebereich (7) einer anschließenden Blechlamelle (3) anliegt und tangential geführt ist, kann es nicht zu einer Verbiegung des federnden Arms in Axialrichtung, also in Fügerichtung kommen, woraus eine erheblich geringere Spanbildung resultiert. Eine Auslenkung erfolgt nur in

tangentialer Richtung in welcher die Elastizität des Arms (6) ausreichend groß ist. Aufgrund der AbStützung wäre ein sehr enger Biegeradius für eine Verformung notwendig, der eine entsprechend hohe Biegekraft erfordern würde. Daher weicht der elastische Arm tangential aus. Die Arme bewegen sich wie ein Schieber zwischen den angrenzenden Blechen. Erleichtert wird dies durch Ecken, Fasen oder Radien, welche die Permanentmagneten zumindest an den Berührungsstellen mit den elastischen Armen aufweisen. Mit Hilfe dieser Ecken, Fasen oder Radien entsteht eine tangentiale Kraftkomponente beim Fügeprozess. Bevorzugt soll die Stanzrichtung mit der Fügerichtung der Permanentmagnete übereinstimmen, sodass der Stanzgrat nicht mit dem Permanentmagneten in Berührung kommt. Die beschriebene Lösung ermöglicht auch den Einbau von mehr als einen

Permanentmagneten in eine Aussparung, sowohl axial als auch tangential. Die elastischen Arme sind im montierten Zustand in Tangentialrichtung plastisch verformt und müssen in diesem Zustand lediglich temperaturbedingte Längenänderungen ausgleichen. Der mögliche elastische Rückfederweg ist etwa doppelt so groß wie der maximal zu erwartende Längenausgleich. Die geometrischen Toleranzen des Blechschnitts und der Permanentmagnete können durch die plastische Verformung ausgeglichen werden und beeinflussen nicht den erforderlichen Rückfederweg nach der Montage. Durch die erfindungsgemäße Lösung ist ein Festsitz der

Permanentmagnete bei allen zu erwartenden Temperaturen garantiert. Der elastische Arm (6) liegt nur mit einem Teil seiner Axialfläche an einem

Auflagebereich (7) auf, weil ein anderer Teil vom Permanentmagneten (5) in

Richtung Auflagebereich (7) verschiebbar bleiben muss, wodurch eine Haltekraft erzeugt wird. Im Betrieb kann es durch Temperaturschwankungen dazu kommen, dass sich der elastische Arm (6) auf der Auflagefläche (7) geringfügig bewegt.

Weiterbildungen der Erfindungen werden in den Unteransprüchen dargestellt. Es ist wichtig dass zumindest ein Teil des nicht anliegenden Bereichs sich bis zu einer Berührungsstelle des Permanentmagneten mit dem elastischen Arm (6) erstreckt, weil in diesem Bereich der Toleranzausgleich erfolgen muss. Die Aussparung (4) sollte mindestens so groß sein, dass auch Permanentmagnete an der oberen Toleranzgrenze montierbar sind. Der nicht anliegende Bereich muss in

Tangentialrichtung demnach mindestens den kompletten Toleranzbereich zwischen Größtmaß und Kleinstmaß abdecken und mindestens eine Vorspannung

ermöglichen. Der Schutzbereich erstreckt sich auch auf elektrische Maschinen, bei denen nicht alle elastischen Arme plastisch verformt sind.

Weil der elastische Arm (6) zwischen zwei Auflagebereichen (7) anschließender Blechlamellen (3) geführt ist, wird ein Verbiegen des elastischen Arms noch besser verhindert, weil auch eine Aufwölbung entgegen der Fügerichtung unterbunden wird. Die elastischen Arme werden demnach in eine Art Sandwichposition geführt.

Selbstverständlich gilt dies nicht bei den ersten elastischen Armen an den Enden des Blechpakets. Es ist auch denkbar, dass nicht die unmittelbar benachbarten Bleche mit den Auflageflächen versehen sind, sondern weiter entfernte Bleche, die z.B. gekröpfte Bereiche aufweisen. Diese aufwändigere Lösung könnte zum Einsatz kommen, falls z.B. durch Gratbildung beim Stanzen der Bleche eine tangentiale Auslenkung erschwert würde. Diese Schwierigkeiten können ggf. durch

Entgratungsmaßnahmen, gratfreies Stanzen oder durch Verringerung der Blechdicke durch Druckumformen verhindert werden. Ein Teil dieser Maßnahmen kann auch im Stanzprozess integriert sein.

Um eine besonders hohe Haltekraft für die Permanentmagnet zu erzielen, ist es möglich, dass der elastische Arm (6) einerseits an einem Auflagebereich (7) einer weiteren Blechlamelle (3) des Blechpaketes (2) geführt ist und andererseits an einem weiteren elastischen Arm (6) einer benachbarten Blechlamelle (3) des Blechpaketes (2) anliegt, so dass zwei oder mehr elastische Arme (6) als Paket zwischen zwei Auflagebereichen (7) zweiter weiterer Blechlamellen (3) des Blechpaketes (2) geführt sind. Das soll heißen zwei oder mehr elastische Arme liegen aneinander an und werden bei der Montage gemeinsam oder kurz nacheinander vom

Permanentmagneten ausgelenkt und plastisch verformt. Die jeweils axial außen liegenden Begrenzungsflächen liegen an einem Auflagebereich (7) einer weiteren Blechlamelle (3) an. Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass Auflagebereiche (7) Verbindungsstege zwischen einem äußeren Ring (10) und einem Kernbereich (9) sind. Diese Verbindungsstege (1 1 ) sind ohnehin bei dieser Bauart vorhanden und müssen nicht notwendigerweise geometrisch angepasst werden. Der Auflagebereich muss wegen der geringen tangentialen Auslenkung der elastischen Arme nicht sehr breit sein, deshalb können die schmalen

Verbindungsstege für diesen Zweck verwendet werden.

Die oben erwähnte tangentiale Kraftwirkung wird optimal genutzt, wenn der elastische Arm (6) an der Berührungsstelle mit dem Permanentmagneten (5) geringfügiger ausgelenkt ist, als ein Kanten- oder Eckenradius oder eine Einführfase des Permanentmagneten (5). Damit ist gewährleistet, dass bereits am Beginn des Fügevorgangs eine tangentiale Kraftkomponente vorhanden ist. Eine Einführfase kann auch ausschließlich auf der Seite vorhanden sein, auf der die federnden Arme angreifen. Statt einer Einführfase kann an den Permanentmagneten auch ein vergrößerter Radius vorgesehen sein.

Es ist vorgesehen, dass der elastische Arm (6) im Bereich einer Kante (8) am

Permanentmagneten (5) anliegt. Dies hat zur Folge, dass der Permanentmagnet in Bezug auf die Drehachse nicht nur in tangentialer Richtung, sondern auch in radialer Richtung an den Begrenzungen der Aussparung (4) anliegt. Eine andere Möglichkeit besteht darin den elastischen Arm (6) an einer Seitenfläche des

Permanentmagneten anliegen zu lassen. Es kann notwendig sein oder sich als Vorteil herausstellen die Berührungsstelle des elastischen Arms mit dem

Permanentmagneten durch eine Wulst oder Haltenase hervortreten zu lassen um z.B. hinter eine Kante des Permanentmagneten zu gelangen und von der Kante einen ausreichend großen Abstand als Freiraum herzustellen.

Die Kraft, die von einem elastischen Arm auf den Permanentmagneten ausgeübt wird, ist durch einfache geometrische Änderungen variierbar. Es genügt den Arm an seiner Wurzel freizusparen und ihn damit zu verlängern und die Kraft herabzusetzen. Gleichzeitig wird hierdurch der Auslenkwinkel vergrößert der innerhalb des elastischen Bereichs möglich ist. Die Freisparungen (8) sollten so groß bemessen sein, dass einerseits die Standzeit des Stanzwerkzeugs ausreichend groß ist, andererseits aber so klein wie möglich, damit möglichst wenig Wirkungsgradverlust eintritt. Die Freisparungen (8) tragen auch dazu bei die Führungsflächen für den elastischen Arm zu vergrößern, wodurch die Verformungsneigung abnimmt.

Grundsätzlich gilt: je höher die Anzahl der elastischen Arme je Aussparung und Magnet, desto höher die erzielbare Haltekraft und je höher die Fügekraft. Je höher die Anzahl der elastischen Arme ist, desto geringer kann auch die Kraftwirkung sein, die von einem einzigen Arm erzeugt wird. Um mit einem einzigen Blechschnitt auszukommen wird vorgeschlagen, dass jede Blechlamelle (3) zumindest einen elastischen Arm (6) und mehrere potentielle Auflagebereiche (7) aufweist.

Weiter ist vorgesehen, dass hintereinanderliegende Blechlamellen (3) gegeneinander um zumindest eine Rotorpolteilung verdreht sind. Bei einem sechspoligen Rotor und einem elastischen Arm je Blechlamelle wäre je Aussparung jede sechste

Blechlamelle mit einem elastischen Arm versehen. Bei zwei Armen je Blechlamelle wäre dann jede dritte Blechlamelle mit einem Arm versehen und bei drei Armen je Blechlamelle jede zweite Blechlamelle.

Sollte eine noch geringere Anzahl elastischer Arme je Aussparung gewählt werden, wäre eine andere Anordnung sinnvoll, wobei das Blechpaket (2) aus

unterschiedlichen Blechlamellen (3) besteht, bei denen eine erste Lamellenart mit elastischen Armen (6) und eine zweite Lamellenart ohne elastische Arme (6) aber mit Auflagebereichen (7) ausgebildet ist.

Ganz besonders bevorzugt wird, dass zwei Aussparungen (4) einer Blechlamelle, (3) zwischen denen der elastischen Arm (6) angeordnet ist, miteinander verbunden sind, so dass sie eine einzige Aussparung bilden. Diese Ausführung erhöht die Elastizität der Magnetaufnahme, weil der äußere Ring (10) hierdurch weniger starr am

Kernbereich (9) angebunden ist.

Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass die Blechlamellen (3) untereinander durch ineinandergreifende Mittel drehfest und exakt zueinander ausgerichtet sind. Dadurch ist eine eindeutige Zuordnung der Aussparungen (4) für die Permanentmagnete (5) gegeben.

Der elastische Arm (6) liegt vorzugsweise mit mindestens einem Viertel seiner Gesamtfläche am Auflagebereich (7) auf oder der elastische Arm (6) liegt in mindestens einem Bereich über mindesten einem Viertel seiner Breite in

Tangentialrichtung am Auflagebereich (7) auf.

Um eine noch sicherere Führung zu gewährleisten ist es vorgesehen dass der elastische Arm (6) mit mindestens einem Drittel seiner Gesamtfläche am

Auflagebereich (7) aufliegt oder dass der elastische Arm (6) in mindestens einem Bereich über mindesten einem Drittel seiner Breite in Tangentialrichtung am

Auflagebereich (7) aufliegt.

Besonders wichtig ist, dass die Elastizität des elastischen Arms (6) so ausgelegt ist, dass das Moment zu seiner Auslenkung deutlich geringer ist als ein Biegemoment, das zu einer Umformung des elastischen Arms (6) führen würde. Das Biegemoment wird durch das Maß bestimmt mit dem der elastische Arm (6) frei in die Aussparung

(4) hineinragt ohne von einem benachbarten Blech abgestützt und geführt zu sein. Je weiter der Arm frei in die Aussparung hineinragt, desto leichter lässt er sich verbiegen. Ähnliches gilt für die Führungsfläche zwischen benachbarten Lamellen. Je größer diese Führungsfläche ist, desto geringer ist die Gefahr einer Verkantung zwischen den Lamellen und damit eine Erhöhung der Reibkraft zur Auslenkung des elastischen Arms (6). Die Elastizität des Arms selbst ist durch dessen Breite, seine Form und seine Länge bestimmt.

Um eine Verbiegung und/oder Verwindung des elastischen Arms zu verhindern ist es besonders vorteilhat, wenn der nicht anliegende Bereich des elastischen Arms (6) zwischen dem Permanentmagneten (5) und dem anliegenden Bereich eine kleinere Fläche aufweist als der anliegende Bereich und/oder die tangentiale Breite des nicht anliegenden Bereichs des elastischen Arms (6) zwischen dem Permanentmagneten

(5) und dem anliegenden Bereich kleiner ist als die tangentiale Breite des

anliegenden Bereichs. Dadurch ist die Führungsfläche größer als die mögliche Verformungsfläche. Bei der Herstellung des Blechpakets ist vorgesehen, dass die Blechpakete untereinander durch ineinandergreifende Mittel drehfest und exakt zueinander ausgerichtet sind. In der Regel wird hierbei ein Stanzpaketierungsverfahren eingesetzt durch welches auch eine feste Verbindung der Blechlamellen

untereinander erreicht wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Axialansicht eines Rotors einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt A aus Fig.1 ,

Fig. 3 einen weiteren vergrößerten Ausschnitt B aus Fig. 1 ,

Fig. 4 eine Axialansicht auf eine Blechlamelle ohne elastische Arme,

Fig. 5 eine Axialansicht auf eine Blechlamelle mit elastischen Armen,

Fig. 6 eine erste Variante der ersten Ausführungsform,

Fig. 7 eine zweite Variante der ersten Ausführungsform,

Fig. 8 eine Axialansicht auf eine Blechlamelle einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 9 eine Axialansicht eines Rotors der zweiten Ausführungsform,

Fig. 10 einen vergrößerten Ausschnitt C aus Fig. 9,

Fig. 1 1 a einen erste Variante der zweiten Ausführungsform,

Fig. 1 1 b eine vorteilhafte Weiterbildung von Fig. 1 1 a, Fig. 1 1 c eine Variante des elastischen Arms gemäß Fig.1 , 2, 3 und 5,

Fig. 1 1 d eine zweite Variante des elastischen Arms gemäß Fig. 1 , 2, 3 und 5,

Fig. 1 1 e eine dritte Variante des elastischen Arms gemäß Fig. 1 , 2, 3 und 5,

Fig. 12 eine zweite Variante eines Blechschnitts der zweiten Ausführungsform,

Fig. 13 ein montierter Rotor gemäß der zweiten Variante aus Fig. 12,

Fig. 14 ein vergrößerter Ausschnitt D aus Fig. 13,

Fig. 15 eine dritte Variante eines Rotors der zweiten Ausführungsform und

Fig. 16 eine um 90° gedrehte Ansicht des Rotors aus Fig. 13.

Fig. 1 zeigt eine Axialansicht des Rotors 1 a einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, bestehend aus einem Blechpaket 2a aus gestapelten Blechlamellen 3a mit Aussparungen 4a für darin aufgenommene Permanentmagnete 5, wobei die Blechlamellen 3a elastische Arme 6a aufweisen, an welche Freisparungen 8a anschließen. Die elastischen Arme 6a sind mit einem Kernbereich 9a des

Blechpakets 2a einstückig. Die Blechlamellen 3a umfassen im gezeigten Beispiel drei im Winkel von 1 20° voneinander beabstandete elastische Arme 6a und drei Verbindungsstege 1 1 a, die abwechselnd mit den elastischen Armen 6a angeordnet sind und mit einen äußeren Ring 10a und dem Kernbereich 9a einstückig sind. Eine zweite Blechlamelle ist teilweise sichtbar. Diese ist um 60° gegenüber der ersten Lamelle verdreht. Bei der zweiten Blechlamelle sind im Wesentlichen Teile der elastischen Arme 6a und der Stege 1 1 a erkennbar.

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 . Darin ist deutlich zu erkennen, dass der federnde Arm 6a flächig an einem Auflagebereich 7a axial abgestützt und tangential geführt ist. Nur ein kleiner Teil (Bereich 16a) des gesamten elastischen Arms 6a ragt frei in die Aussparung 4a. Durch die große Führungsfläche kann der elastische Arm 6a beim Fügen des Permanentmagneten 5 nur tangential ausweichen, weil die tangentialen Ausweichkräfte deutlich geringer sind als

Biegekräfte an einem engen Radius um eine Begrenzungskante des Auflagebereichs 7a. Der elastische Arm 6a wirkt an einer abgerundeten Kante eines

Permanentmagneten 5 so auf diesen ein, dass er sowohl tangential als auch radial an die Begrenzung der Aussparung 4a gedrückt und elastisch beaufschlagt ist. Mit Hilfe unterschiedlicher Freisparungen 8a kann die Länge der elastischen Arme vergrößert oder verkleinert und somit die Auslenkkraft je nach Anforderung variiert werden.

Fig. 3 zeigt einen weiteren vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 . Darin ist ein um 60° gegenüber Fig. 2 verdrehter Bereich deutlicher zu erkennen. Dabei ist ein

Verbindungssteg 1 1 a zwischen dem äußeren Ring 1 0a und dem Kernbereich 9a vollständig dargestellt. Ein Teil des Verbindungsstegs 1 1 a bildet zugleich den Auflagebereich 7a für einen elastischen Arm 6a einer weiteren hier nicht

dargestellten Blechlamelle und einen gegenüber liegenden Auflagebereich für den dargestellten federnden Arm 6a.

Fig. 4 zeigt eine Axialansicht auf eine Blechlamelle 3b ohne elastische Arme. Dieser Blechschnitt kann zusätzlich mit den anderen Blechschnitt kombiniert werden, um diese zu verlängern, ohne die Fügekraft für die Permanentmagnete zu erhöhen. Auch die Blechlamelle 3b weist einen Kernbereich 9b, Aussparungen 4b, einen Ring 10b und Stege 1 1 b auf.

Fig. 5 eine zeigt eine Axialansicht auf eine Blechlamelle 3a mit den elastischen Armen 6a. Die elastischen Arme 6a wechseln sich ab mit den Stegen 1 1 a, welche als Verbindungsbereiche zwischen dem äußeren Ring 1 0a und dem Kernbereich 9a dienen. Es ist möglich mit einem einzigen Blechschnitt die erfindungsgemäße Führungsfunktion zu erreichen, indem die aufeinanderfolgenden Bleche jeweils um eine Polteilung zur vorhergehenden verdreht ist. Dadurch sind die elastischen Arme 6a jeweils zwischen zwei Stegen 1 1 a angeordnet und durch diese geführt. Sollen die Fügekräfte für die Magnete jedoch verringert werden, besteht auch die Möglichkeit zusätzliche Bleche gemäß Fig. 4 einzulegen, welche ohne elastische Arme ausgebildet sind und daher keinen Beitrag zur Haltekraft für die Magnete leisten. Die Freisparungen 8a sind so dimensioniert, dass sie eine Auslenkung der federnden Arme 6a ermöglichen, aber so klein wie möglich, damit möglichst wenig Streufluss entsteht.

Fig. 6 zeigt eine erste Variante der ersten Ausführungsform. Der gezeigte federnde Arm 6b eines Blechpakets 2b ist nicht parallel zum Verbindungssteg 1 1 b, sondern annähernd parallel zu einer Seitenfläche eines zu fixierenden Permanentmagneten 5. Die federnden Arme liegen dabei großflächiger am jeweiligen

Permanentmagneten 5 an und die Freisparungen 8b und 8b' sind unterschiedlich geformt.

Eine zweite Variante der ersten Ausführungsform zeigt Fig. 7. Hier ist der federnde Arm 6c eines Blechpakets 2c parallel zum Verbindungssteg 1 1 c angeordnet, jedoch schmaler ausgebildet. Hierdurch verringern sich die Biegekräfte. Auch hierbei ergeben sich unterschiedliche Freisparungen 8c und 8c'. Durch diese Variante lassen sich die Magnete 5 leichter fügen.

Fig. 8 stellt eine zweite Ausführungsform der Erfindung dar. Hier gehen die federnden Arme nicht vom Kernbereich 9d der Blechlamellen 2d aus, sondern vom äußeren Ring 10d. Sie erstrecken sich von außen nach innen. Da im gezeigten Beispiele nur drei Verbindungsstege 1 1 d vorhanden sind, ist der äußere Ring 10d in sich elastischer als der Kernbereich 9d. Dies hat auch Auswirkungen auf die Elastizität der federnden Arme 6d. Die Permanentmagnete lassen sich hierdurch leichter montieren.

Fig. 9 zeigt eine Axialansicht eines montierten Rotors 1 d gemäß der zweiten Ausführungsform, mit den Blechlamellen 3d, den federnden Armen 6d, den

Verbindungsstegen 1 1 d, den Permanentmagneten 5.

In Fig. 10 ist ein Ausschnitt C von Fig. 9 deutlicher dargestellt. Hier ist insbesondere die flächige Überlappung zwischen den federnden Armen 6d und den

Verbindungsstegen 1 1 d gut zu erkennen. Der federnde Arm 6d ist nicht mit dem Kernbereich 9d verbunden und kann sich daher an die Abmessungen des

Permanentmagneten 5 anpassen und ausweichen. Der federnde Arm 6d verjüngt sich zu seinem freien Ende hin. Ein Bereich 16d des federnden Arms 6d liegt nicht am Auflagebereich 7d auf. Der nicht aufliegende Bereich 16d ist deutlich kleiner als der Auflagebereich 7d. Dadurch wird eine Umformung beim Fügeprozess verhindert.

In Fig. 1 1 a ist in einer erste Variante der zweiten Ausführungsform angedeutet, dass der elastische Arm 6e auch schmaler sein kann um eine leichtere Auslenkung bei der Montage der Permanentmagnete 5 zu ermöglichen. Durch den dünnen Arm ist jedoch die Auflagefläche verringert wodurch der Arm nicht mehr so gut geführt ist wie bei der Ausführung in Fig. 1 0. Um sowohl eine leichtere Auslenkung als auch eine gute Führung zu erzielen, kann der elastische Arm auch mit zusätzlichen

Führungsbereichen versehen sein, die radial näher an der Drehachse 12 (siehe Fig. 9) angeordnet sind, während sie in einem elastischen Bereich schmaler ausgebildet sind. Eine vorteilhafte Weiterbildung von Fig.1 1 a ist in Fig. 1 1 b dargestellt. Hier ist das Ende des elastischen Arms 6e' durch eine Führungsnase 14 verbreitert, damit eine Bessere Führung bei der Montage der Permanentmagneten 5 gegeben ist. Gleichzeitig ist wie bei Fig. 1 1 a ein verringerter Querschnitt in der Nähe des äußeren Rings, wie eingangs erwähnt, soll diese Führungsfläche zumindest ein Viertel der Breite des elastischen Arms in tangentialer Richtung betragen. Je größer die

Auflagefläche desto besser ist die Führung und die Montierbarkeit der

Permanentmagnete 5. In Fig. 1 1 c ist eine Variante des elastischen Arms gemäß Fig. 1 bis 3 und 5 dargestellt. Durch Verbreitern des elastischen Arms 6h zum

Kernbereich 9h hin, von dem aus er sich erstreckt, werden die Spannungsspitzen reduziert werden und die Elastizität erhöht. Es erfolgt zudem eine Reduktion des Umformgrades. Bei einer zweiten Variante des elastischen Arms gemäß Fig. 1 bis 3 und 5, wie sie in Fig. 1 1 d dargestellt ist, verjüngt sich der elastische Arm 6i nicht kontinuierlich, sondern vom Kernbereich 9i ausgehend zunächst stark bis etwa zur Mitte und bleibt dann konstant. Fig. 1 1 e zeigt eine dritte Variante des elastischen Arms gemäß Fig. 1 bis 3 und 5, wobei das freie Ende des elastischen Arms 6k mit einer Haltenase 15 versehen ist. Diese Haltenase 1 5 dient dazu den Angriffspunkt des elastischen Arms 6k am Permanentmagneten zu verändern und/oder einen Freiraum zwischen elastischem Arm 6k und dem Permanentmagneten herzustellen. Hierbei ist der elastische Arm 6k vom Kernbereich 9k bis zur Haltenase 15 konstant breit. Diese Varianten und weitere Ausformungen können teilweise auch miteinander kombiniert werden, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Eine andere Möglichkeit die Führung zu verbessern zeigt Fig. 12. Hier ist eine Blechlamelle 3f mit elastischen Armen 6f dargestellt, die um ca. 30 bis 45° gegenüber einer radialen Richtung geneigt sind. Dadurch ist eine großflächige Führung auch unter unterschiedlichen Auslenkwinkeln der elastischen Arme 6f gegeben. Weiter vergrößert sich dadurch deren Länge und damit deren

Federeigenschaften. Die elastischen Arme trennen zwei Bereiche, die als

Aussparungen 4f für die Permanentmagnete dienen. Auch in diesem Beispiel sind drei elastische Arme 6f und drei radiale Stege 1 1 f vorgesehen, wobei dies nur ein Beispiel ist. Die Anzahl der elastischen Arme und Stege ist abhängig von der Polzahl und/oder der Anzahl der Permanentmagnete.

In Fig. 13 ist ein mit Permanentmagneten 5 montierter Rotor 1 f gemäß der zweiten Variante aus Fig. 12 dargestellt. Hier sind eine Vielzahl von Blechlamellen

hintereinander angeordnet und bilden ein Blechpaket 2f. Unmittelbar hintereinander angeordnete identische Blechlamellen sind gegeneinander um eine Polteilung verdreht. Dadurch wechseln sich elastische Arme 6f mit Stegen 1 1 f ab.

In Fig. 14 ist ein vergrößerter Ausschnitt D von Fig. 13 dargestellt. Hier sind die Auflagebereiche 7f, der elastischen Arme 6f, dessen nicht aufliegender Bereich 16f und der Stege 1 1 f deutlicher zu erkennen. Die Auflagebereiche dienen als

Führungsflächen. Auch in diesem Beispiel erstrecken sich die elastischen Arme 6f von einem äu ßeren Ring 10f nach innen, hier schräg. Die Enden der elastischen Arme 6f sind nicht mit einem Kernbereich 9f verbunden und können frei ausgelenkt werden und sie berühren hier eine abgerundete Kante eines Permanentmagneten 5 und drängen diesen in eine tangentiale Richtung gegen Stege 1 1 f (siehe Fig. 13). Die elastischen Arme können an unterschiedliche Geometrien und Anforderungen angepasst werden, indem sie mit Kröpfungen, Ausbauchungen, Einschnürungen, sich verbreiternden oder sich verjüngenden Bereichen versehen sind. Ein großer Vorteil dieser Ausführungsvariante besteht auch darin, dass genügend Bauraum zwischen den einander tangential gegenüberliegenden Permanentmagneten 5 vorhanden ist, der für die unterschiedliche Gestaltung und Anordnung der elastische Arme 6f nutzbar ist. Fig. 15 zeigt schließlich eine dritte Variante eines Blechpakets 2g der zweiten Ausführungsform, wobei die elastischen Arme 6g ähnlich wie in den Figuren 12 bis 14 gegenüber einer Radialen geneigt sind. Hier ist ein Ausschnitt aus einem

Blechpaket 2g dargestellt, das aus drei unterschiedlichen Blechschnitten besteht oder aus zwei unterschiedlichen Blechschnitten, wobei ein Blechschnitttyp abwechselnd um 1 80° um eine Gerade in der Blechschnittebene verdreht ist. Ein Blechschnitttyp weist keine elastischen Arme 6g auf sondern nur Stege 1 1 g. Die elastischen Arme 6g sind hier kürzer ausgebildet als bei den Figuren 12 bis 14, wodurch sie mit ihren Enden gegen Seitenflächen der Permanentmagnete 5 anliegen. Durch Veränderung des zahlenmäßigen Verhältnisses der

unterschiedlichen Blechschnitttypen lässt sich die Haltekraft für die

Permanentmagneten individuell anpassen. Auch hier gehen die elastischen Arme 6g von einem äu ßeren Ring 10g aus und sind nicht mit einem Kernbereich 9g verbunden. Die unterschiedlich geneigten elastischen Arme 6g liegen untereinander über Auflagebereiche 7g großflächig aneinander an. Die Bereiche 16g der elastischen Arme 6g berühren keinen Auflagebereich 7g. Bei dieser

Ausführungsform liegen die Permanentmagnete 5 an beiden tangentialen Enden nur an elastischen Armen 6g an und nicht wie bei den vorherigen Beispielen auch an Stegen 1 1 g. Dadurch ist ein noch besserer Toleranzausgleich möglich.

In Fig. 16 ist eine um 90° gedrehte Ansicht des Rotors 1 f aus Fig. 1 3 dargestellt, bei dem das Blechpaket 2f auf einer Welle 13 montiert ist.

Bezugszeichenliste a, 1d, 1f Rotor

a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g Blechpaket

a, 3b, 3c, 3d, 3e Blechlamelle

a, 4b, 4c, 4d, 4e Aussparung

Permanentmagneta, 6b, 6c, 6d, 6e, 6e', 6f, 6g, 6h, 6i, 6k Arm

a, 7d, 7e, 7f, 7g Auflagebereicha, 8b, 8b', 8c, 8c' Freisparung

a, 9d, 9e, 9f, 9g, 9h, 9i, 9k Kernbereich

0a, 10b, 10d, 10e, 10e', 10f, 10g Ring

1a, 11b, 11d, 11e, 11e' 11f, 11g Verbindungssteg

2 Drehachse

3 Welle

4 Führungsnase

5 Haltenase

6a, 16d, 16f , 16g nicht aufliegender Bereich

Claims

Patentansprüche

1 . Elektrische Maschine, insbesondere Elektromotor, mit einem Rotor (1 ), der ein Blechpaket (2) aus gestapelten Blechlamellen (3) mit zumindest zwei sich tangential erstreckenden Aussparungen (4) aufweist, in welchen jeweils zumindest ein Permanentmagnet (5) zumindest zu einem großen Teil aufgenommen ist und zumindest eine Blechlamelle (3) zumindest einen elastischen Arm (6) aufweist, der zwischen den zumindest zwei

Permanentmagneten (5) angeordnet ist und an einem Permanentmagneten (5) anliegt und diesen im Wesentlichen in eine tangentiale Richtung federnd beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Arm (6) einer Blechlamelle (3) mit einem ersten Bereich seiner Axialfläche flächig an einem Auflagebereich (7) einer weiteren Blechlamelle (3) anliegt und durch diesen im Wesentlichen tangential verwindungs- und/oder biegesteif geführt ist, dass der elastische Arm (6) mit einem weiteren Bereich derselben Axialfläche nicht an derselben weiteren Blechlamelle (3) anliegt und dass der elastische Arm (6) durch den Permanentmagneten (5) im Wesentlichen in Tangentialrichtung plastisch verformt ist und an diesem federnd anliegt.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass

zumindest ein Teil des nicht anliegenden Bereichs sich bis zu einer

Berührungsstelle des Permanentmagneten mit dem elastischen Arm (6) erstreckt.

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Arm (6) zwischen zwei Auflagebereichen (7) zweier weiterer Blechlamellen (3) des Blechpaketes (2) geführt ist.

4. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Arm (6) einerseits an einem Auflagebereich (7) einer weiteren Blechlamelle (3) des Blechpaketes (2) geführt ist und andererseits an einem weiteren elastischen Arm (6) einer benachbarten Blechlamelle (3) des Blechpaketes (2) anliegt, so dass zwei oder mehr elastische Arme (6) als Paket zwischen zwei Auflagebereichen (7) zweiter weiterer Blechlamellen (3) des Blechpaketes (2) geführt sind.

5. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechlamelle (3) mit dem elastischen Arm (6) mit diesem unmittelbar an einen Auflagebereich (7) einer benachbarten Blechlamelle (3) anschließt oder unmittelbar an die Auflagebereiche (7) zweier benachbarter

Blechlamellen (3) axial vorher und axial nachher anschließt.

6. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 , 2, 3, 4 oder 5, dadurch

gekennzeichnet, dass Auflagebereiche (7) Verbindungsstege (1 1 ) zwischen einem äußeren, Ring (10) und einem Kernbereich (9) sind.

7. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 , 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch

gekennzeichnet, dass der elastische Arm (6) an der Berührungsstelle mit dem Permanentmagneten (5) geringfügiger ausgelenkt ist, als ein Kantenoder Eckenradius oder eine Einführfase des Permanentmagneten (5).

8. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 , 2, 3,4, 5,6 oder 7, dadurch

gekennzeichnet, dass der elastische Arm (6) im Bereich einer Kante (8) oder an einer Seitenfläche am Permanentmagneten (5) anliegt.

9. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, dadurch

gekennzeichnet, dass der elastische Arm (6) durch Freisparungen (8) im Kernbereich (9) verlängert ist.

10. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede Blechlamelle (3) zumindest einen elastischen Arm (6) und mehrere potentielle Auflagebereiche (7) aufweist.

1 1 . Elektrische Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass hintereinanderliegende Blechlamellen (3) gegeneinander um zumindest eine Rotorpolteilung verdreht sind.

12. Elektrische Maschine nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpaket (2) aus unterschiedlichen Arten von Blechlamellen (3) besteht, bei denen eine erste Lamellenart mit elastischen Armen (6) und eine zweite Lamellenart ohne elastische Arme (6) aber mit Auflagebereichen (7) ausgebildet ist.

13. Elektrische Maschine nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Aussparungen (4) einer Blechlamelle, (3) zwischen denen der elastischen Arm (6) angeordnet ist, miteinander verbunden sind, so dass sie eine einzige Aussparung bilden.

14. Elektrische Maschine nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechlamellen (3) untereinander durch ineinandergreifende Mittel drehfest und exakt zueinander ausgerichtet sind.

15. Elektrische Maschine nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Arm (6) mit mindestens einem Viertel seiner Gesamtfläche am Auflagebereich (7) aufliegt oder dass der elastische Arm (6) in mindestens einem Bereich über mindesten einem Viertel seiner Breite in Tangentialrichtung am Auflagebereich (7) aufliegt.

16. Elektrische Maschine nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Arm (6) mit mindestens einem Drittel seiner Gesamtfläche am Auflagebereich (7) aufliegt oder dass der elastische Arm (6) in mindestens einem Bereich über mindesten einem Drittel seiner Breite in Tangentialrichtung am Auflagebereich (7) aufliegt.

17. Elektrische Maschine nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastizität des elastischen Arms (6) so ausgelegt ist, dass das Moment zu seiner Auslenkung deutlich geringer ist als ein Biegemoment, das zu einer Umformung des elastischen Arms (6) führen würde.

18. Elektrische Maschine nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht anliegende Bereich des elastischen Arms (6) zwischen dem Permanentmagneten (5) und dem anliegenden Bereich eine kleinere Fläche aufweist als der anliegende Bereich und/oder die tangentiale Breite des nicht anliegenden Bereichs des elastischen Arms (6) zwischen dem Permanentmagneten (5) und dem anliegenden Bereich kleiner ist als die tangentiale Breite des anliegenden Bereichs.

19. Verfahren zur Herstellung einer elektrische Maschine, insbesondere

Elektromotor, mit einem Rotor (1 ), der ein Blechpaket (2) aus gestapelten

Blechlamellen (3) mit zumindest zwei Aussparungen (4) aufweist, in welchen jeweils ein Permanentmagnet (5) zumindest teilweise aufgenommen ist und zumindest eine Blechlamelle (3) zumindest einen elastischen Arm (6) aufweist, der zwischen den mindestens zwei Permanentmagneten angeordnet ist und an einem Permanentmagneten (5) anliegt und diesen im Wesentlichen in eine tangentiale Richtung federnd beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Arm (6) einer Blechlamelle (3) beim achsparallelen Fügen der Permanentmagnete durch Radien oder Einführungsfasen zunächst elastisch rechtwinklig zur Fügerichtung und annähernd tangential in der Blechebene ausgelenkt und dann in der gleichen Richtung plastisch verformt wird, wobei der elastische Arm (6) von seinen benachbarten Lamellen flächig geführt wird.