DE102006052772A1

DE102006052772A1 - Rotor für einen permanenterregten Motor, insbesondere EC-Motor

Info

Publication number: DE102006052772A1
Application number: DE102006052772A
Authority: DE
Inventors: Michael Bulatow; Andre Gornott
Original assignee: Temic Automotive Electric Motors GmbH
Current assignee: Temic Automotive Electric Motors GmbH
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2006-11-09
Publication date: 2007-09-27
Also published as: WO2007107136A1; DE112007000003A5

Abstract

Der erfindungsgemäße Rotor für einen permanenterregten Motor umfasst ein Lamellenpaket (2), in welchem zentriert in einer Ausnehmung eine Rotorwelle (12) angeordnet ist und welches eine Vielzahl von übereinander gestapelten Einzellamellen (2.1 bis 2.n) mit jeweils über den Umfang verteilte Segmente (4) aufweist, die durch radial nach innen weisende über den Umfang verteilte Sicken (6) voneinander getrennt sind und die jeweils mit einer Ausnehmung (8) versehen sind, in der mindestens ein Magnet (10) angeordnet ist, wobei das Lamellenpaket (2) axial in Gruppen (G1, G2) von identisch übereinander gestapelten Einzellamellen (2.1 bis 2.k, 2.k+1 bis 2.n) unterteilt ist und die Gruppen (G1, G2) in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind. Durch diese Maßnahme wird bei dem erfindungsgemäßen Rotor für einen permanenterregten Motor verhindert, dass von den Permanentmagneten abgesplitterte Partikel zu einer Blockade des Motors führen können.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor für einen permanenterregten Motor, insbesondere einen EC-Motor.
Der EC-Motor (electronically commutated) ist ein bürstenloser, permanenterregter Synchronmotor. Die für diesen Motortyp ebenfalls verwendete Bezeichnung „AC-Servomotor" kann zu Verwechslungen führen, da sie auch für hochdynamisch geregelte Asynchronmotoren verwendet wird. Um dies auszuschließen, wird der elektronisch kommutierte Motor nachfolgend als EC-Motor bezeichnet. EC-Motoren können als Innenläufermotoren oder als Außenläufermotoren ausgeführt sein. Die Erfindung bezieht sich vornehmlich auf Innenläufermotoren, anhand derer nachfolgend auch die Erfindung näher erläutert wird. Dennoch ist die Erfindung auch bei Außenläufermotoren anwendbar.
Elektromotoren weisen einen feststehenden Teil und einen drehbar gelagerten Teil auf. Der feststehende Teil wird Stator oder Ständer genannt. Der drehbar gelagerte Teil wird Rotor oder Läufer genannt. Nachfolgend sollen hierfür die Begriffe Stator und Rotor verwendet werden.
Das Motorgehäuse eines permanenterregten Motors wird oftmals im Stranggussverfahren oder durch Tiefziehen hergestellt. In das Motorgehäuse ist der Stator eingesetzt, der als Lamellenpaket das Statorblechpaket und Wicklungen umfasst. In die Bleche des Statorblechpakets sind Nuten zur Aufnahme der Drehstromwicklungen gefräst oder gestanzt. Die Verbindung der Bleche zum Statorblechpaket erfolgt mittels eines auf einer Seite des Blechs ausgeprägten Noppens, der in die zugehörige Vertiefung auf der anderen Seite des benachbarten Blechs eingreift.
Auf der Rotorwelle des permanenterregten Motors ist als Lamellenpaket das Rotorblechpaket angeordnet, das meist Ausstanzungen zur Gewichtsreduzierung aufweist. Auf der Peripherie des Rotorblechpakets oder in den Ausstanzungen sind Permanentmagnete angeordnet, die häufig unlösbar, beispielsweise mit Zwei-Komponenten-Kleber, befestigt sind. Bei einigen permanenterregten Motoren sind in die Bleche des Rotorblechpakets Nuten zur Aufnahme der Permanentmagnete gefräst oder gestanzt, die umfangsseitig offen bzw. geschlossen sind.
Nachteilig an den bekannten EC-Motoren ist, dass Magnetsplitter, welche bei bekannten EC-Motoren üblicherweise vorkommen, zu einer Blockade des Motors führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotor für einen permanenterregten Motor anzugeben, bei dem das Blockieren des Motors durch abgesplitterte Teile der Permanentmagnete wirksam verhindert wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch einen Rotor für einen permanenterregten Motor mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Der erfindungsgemäße Rotor für einen permanenterregten Motor umfasst ein Lamellenpaket, in welchem zentriert in einer Ausnehmung eine Rotorwelle angeordnet ist und welches eine Vielzahl von übereinander gestapelten Einzellamellen mit jeweils über den Umfang verteilte Segmente aufweist, die durch radial nach innen weisende über den Umfang verteilte Sicken voneinander getrennt sind. Ein jedes Segment ist mit einer Ausnehmung versehen, in der mindestens ein Magnet angeordnet ist. Die Magnete wirken dabei als magnetische Pole des Rotors. Die Anzahl der Pole entspricht dabei der Anzahl der über den Umfang des Lamellenpakets verteilt angeordneten Magnete. Das Lamellenpaket ist bevorzugt axial in Gruppen von identisch übereinander gestapelten Einzellamellen unterteilt, wobei die Gruppen in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind. Ein derartiges Verdrehen der Gruppen oder Rotorteile auf der Rotorwelle zueinander stellt sicher, dass keine Späne aus oder in die Ausnehmungen der Magnete (auch Magnettaschen genannt) fallen. Die Ausnehmungen sind beispielsweise durch Ausstanzungen gebildet. Durch ein identisches Übereinanderstapeln von mehreren Einzellamellen und deren Gruppierung werden Kanäle gebildet, in denen die Magnete, z. B. Permanentmagnete, angeordnet sind. Durch die Verdrehung der Gruppen in Umfangsrichtung zueinander wird bei dem erfindungsgemäßen permanenterregten Motor verhindert, dass von den Permanentmagneten abgesplitterte Partikel zu einer Blockade des Motors führen können. Darüber hinaus führt ein Verdrehen der Gruppen zu einer Reduzierung des Rastmoments des Motors, indem durch das Verdrehen der Rotorteile und somit der Pole des Rotors trotz daraus resultierender unterschiedlicher magnetischer Pfade die Feldenergie weitgehend konstant bleibt. Bei dem Motor handelt es sich insbesondere um einen Innenläufermotor, bei dem die dem Stator zugewandte Fläche des Lamellenpakets des Rotors die äußere Mantelfläche des im Wesentlichen zylindrischen Rotors ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen den Gruppen von Einzellamellen zusätzlich ein Trennelement angeordnet. Dies sichert zusätzlich, dass die Magnete in den Magnettaschen geschützt sind und keine Späne aus oder in die Magnettaschen fallen. Hierzu ist das Trennelement vorzugsweise als ein geschlossenes Trennblech ausgebildet, das die Gruppen von Einzellamellen voneinander trennt und die Ausnehmungen für die Magnete zwischen zwei Gruppen vollständig verschließt. Zweckmäßigerweise entsprechen die äußeren Abmessungen des Trennelements im Wesentlichen den äußeren Abmessungen der Einzellamellen. Dadurch wird eine weitgehend in Umfangsrichtung geschlossene Bauweise des Rotors erreicht, so dass der durch die geschlossene Bauweise auftretende Flussverlust so gering wie möglich ist.

In einer möglichen Ausführungsform sind die Gruppen in Umfangsrichtung in einem Winkel α von 0° bis zu einem maximalen Winkel, der in Abhängigkeit von der Anzahl der Pole des Rotors ermittelt wird. Dabei wird der maximale Winkel α_max bestimmt gemäß αmax = 0,5 × 360°/Anzahl der Pole.

Beispielsweise beträgt der maximale Winkel α_max 18° bei einem 10 Pole umfassenden Rotor.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind zusätzlich die Stirnseiten des Lamellenpakets, d. h. des Rotorblechpakets, durch Rotorendscheiben vollständig abgeschlossen. Die Rotorendscheiben können bei einem Innenläufermotor beispielsweise als Scheiben aus nichtmagnetischem Material ausgeführt sein, welche auf der Rotorwelle zentriert sind und die Stirnseiten des Rotors bis zum Außendurchmesser vollständig abdecken. Hierdurch wird ein nochmals verbesserter Schutz des Motors gegen Blockieren erreicht.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Magnete, z. B. Permanentmagnete, in die von den Ausnehmungen gebildeten Kanäle form-, kraft- und/oder stoffschlüssig gehalten. Beispielsweise sind die Magnete eingeklebt, wobei die Magnete von Klebstoff umhüllt sind. Alternativ können die Magnete in den Magnettaschen mechanisch verklemmt werden. In einer weiteren alternativen Ausführungsform können die in den Ausnehmungen eingesetzten Magnete mit Kunststoff umspritzt werden. Vorteilhaft an der geklebten oder Kunststoff umspritzten Ausgestaltung ist, dass der Klebstoff bzw. der Kunststoff sowohl als geräuschdämpfendes Element, als auch zur Fixierung von Magnetsplittern dient.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass das Blockieren des Motors durch abgesplitterte Teile der Permanentmagnete wirksam verhindert wird. Weiterhin ermöglicht die Erfindung die Herstellung von Gruppen von Einzellamellen für das Rotorblechpaket. Der Motor ist insgesamt kostengünstiger herstellbar.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Darin zeigen:
1 schematisch in perspektivischer Darstellung einen Rotor eines erfindungsgemäßen Motors,
2 schematisch im Querschnitt den Rotor gemäß 1, und
3 schematisch im Längsschnitt den Rotor gemäß 2.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Rotor 1 für einen permanenterregten Motor dargestellt. Der Stator ist nicht gezeigt.
Der Rotor 1 weist ein Lamellenpaket 2 auf, das aus einer Mehrzahl von Einzellamellen 2.1 bis 2.n gebildet ist. Die Einzellamellen 2.1 bis 2.n sind in Größe, Abmessung und Form identisch. Im Detail weist die jeweilige Lamelle 2.1 bis 2.n über den Umfang verteilte Segmente 4 auf. Die Segmente 4 sind durch radial nach innen weisende über den Umfang verteilte Sicken 6 voneinander getrennt. Darüber hinaus ist das jeweilige Segment 4 mit einer Ausnehmung 8 versehen. In die Ausnehmung 8 (auch Magnettasche genannt) ist mindestens ein Magnet 10 (auch Taschenmagnet genannt) angeordnet. Der Magnet 10 ist beispielsweise ein Permanentmagnet. Die Magnete 10 bilden dabei die Pole P1 bis P10 des Rotors 1.
Die Einzellamellen 2.1 bis 2.n sind beispielsweise dünne Metallbleche. Die Einzellamellen 2.1 bis 2.n sind miteinander durch Form-, Reib- und/oder Haftschluss verbunden. Darüber hinaus liegen die Einzellamellen 2.1 bis 2.n in identischer Lage zentriert übereinander. Zur Zentrierung der Lage der Einzellamellen 2.1 bis 2.n wird die Welle 12 des Rotors 1 genutzt.
Ferner sind die Einzellamellen 2.1 bis 2.n gruppiert übereinander gestapelt. Dabei bilden mehrere identisch übereinander gestapelte Einzellamellen 2.1 bis 2.k und 2.k+1 bis 2.n eine Gruppe G1 bzw. G2. Die Gruppen G1, G2 von Einzellamellen 2.1 bis 2.n sind in Umfangsrichtung zueinander verdreht angeordnet. Dadurch wird verhindert, dass von den Permanentmagneten 10 abgesplitterte Partikel zu einer Blockade des Motors führen können. Zudem wird das Rastmoment des Motors reduziert.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Gruppen G1 und G2 in Umfangsrichtung in einem Winkel α von 0 ° bis zu einem maximalen Winkel α_max zueinander um die Welle 12 verdreht. Der maximale Winkel α_max wird dabei in Abhängigkeit von der Anzahl der Pole P1 bis P10 des Rotors 1 bestimmt gemäß: αmax = 0,5 × 360°/Anzahl der Pole.
Bei zehn Polen P1 bis P10 ergibt sich somit ein maximaler Verdrehwinkel α_max von 18°. Im Ausführungsbeispiel nach 1 beträgt der Verdrehwinkel α ca. 5°.
Bei dem dargestellten, zu einem Innenläufermotor gehörigen Rotor 1 ist die dem Stator zugewandte Fläche des Lamellenpakets 2 die äußere Mantelfläche des im Wesentlichen zylindrischen Rotors 1.
2 zeigt im Querschnitt den Rotor 1 gemäß 1. Dabei ist zwischen den Gruppen G1 und G2 ein Trennelement 14, z. B. ein Trennblech angeordnet. Das Trennelement 14 ist vollständig geschlossen und weist zu den äußeren Abmessungen der Einzellamellen 2.1 bis 2.n im Wesentlichen gleiche äußere Abmessungen auf. Durch die geschlossene Ausführung ist der Motor zusätzlich geschützt, da keine Späne aus oder in die Ausnehmungen 8 für die Magnete 10 fallen. 3 zeigt den Rotor 1 gemäß 2 im Längsschnitt mit dem Trennelement 14 zwischen den Gruppen G1 und G2 des Lamellenpakets 2. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Gruppen G1 und G2 des Lamellenpakets 2 in Umfangsrichtung zueinander nicht verdreht. Bedingt durch die geringe Verdrehung der Gruppen G1 und G2 mit einem sehr kleinen Winkel α von ca. 5° ist im Längsschnitt nur eine sehr geringe parallele Verschiebung der Sicken 6 der Gruppen G1 und G2 ersichtlich. Für einen hinreichenden Schutz vor einem Blockieren des Motors durch Späne ist es vorteilhaft die Gruppen G1 und G2 in Umfangsrichtung zueinander zu verdrehen und das Trennelement 14 zwischen den Gruppen G1 und G2 anzuordnen.

1: Rotor
2: Lamellenpaket
2.1 bis 2.n: Einzellamellen
4: Segment
6: Sicken
8: Ausnehmung
10: Magnet
12: Welle
14: Trennelement
α: Verdrehwinkel
α_max: maximaler Verdrehwinkel
G1, G2: Gruppen von Einzellamellen
P1 bis P10: Pole

Claims

Rotor (1) für einen permanenterregten Motor, insbesondere EC-Motor, umfassend ein Lamellenpaket (2), in welchem zentriert in einer Ausnehmung eine Rotorwelle (12) angeordnet ist und welches eine Vielzahl von übereinander gestapelten Einzellamellen (2.1 bis 2.n) mit jeweils über den Umfang verteilte Segmente (4) aufweist, die durch radial nach innen weisende über den Umfang verteilte Sicken (6) voneinander getrennt sind und die jeweils mit einer Ausnehmung (8) versehen sind, in der mindestens ein Magnet (10) angeordnet ist, wobei das Lamellenpaket (2) axial in Gruppen (G1, G2) von identisch übereinander gestapelten Einzellamellen (2.1 bis 2.k, 2.k+1 bis 2.n) unterteilt ist und die Gruppen (G1, G2) in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind.
Rotor nach Anspruch 1, wobei zwischen den Gruppen (G1, G2) von Einzellamellen (2.1 bis 2.k, 2.k+1 bis 2.n) ein Trennelement (14) angeordnet ist.
Rotor nach Anspruch 2, wobei das Trennelement (14) als ein geschlossenes Trennblech ausgebildet ist, das die Gruppen (G1, G2) von Einzellamellen (2.1 bis 2.k, 2.k+1 bis 2.n) voneinander trennt und die Ausnehmungen (8) für die Magnete (10) verschließt.
Rotor nach Anspruch 2 oder 3, wobei die äußeren Abmessungen des Trennelements (14) im Wesentlichen den äußeren Abmessungen der Einzellamellen (2.1 bis 2.n) entsprechen.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gruppen (G1, G2) in Umfangsrichtung zueinander mit einem Winkel α von größer 0° bis zu einem maximalen Winkel α_max versetzt sind.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stirnseiten des Lamellenpakets (2) durch Rotorendscheiben vollständig abgeschlossen sind.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnete (10) in die von den Ausnehmungen (8) gebildeten Kanäle form-, kraft- und/oder stoffschlüssig gehalten sind.
Rotor nach Anspruch 7, wobei die Magnete (10) in die Ausnehmungen (8) eingeklemmt, eingeklebt oder von Kunststoff umspritzt sind.
Permanenterregter Motor mit einem Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8.
Permanenterregter Motor nach Anspruch 9, wobei der Rotor (1) als Innenläufer oder Außenläufer ausgebildet ist.