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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere einen
Elektromotor, mit einem Rotor und einem Stator. Speziell betrifft
die Erfindung das Gebiet der Elektromotoren für Kraftfahrzeuge, die
insbesondere als elektrische Hilfsantriebe zur fremdkraftbetätigten
Verstellung von Elementen des Kraftfahrzeugs dienen.
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Aus
der
DE 195 23 789
A1 ist ein Elektromotor mit einem Rotor, einem Stator und
weiteren Komponenten bekannt. Auf dem Stator befinden sich mehrere
Statorwicklungen auf einem Statorkern. Ferner ist der Rotor auf
einer Welle des Elektromotors fest angebracht. Im Betrieb ist der
Regelstrom zu den verschiedenen Statorwicklungen auf dem Anker des Stators
mittels eines Steuerschaltkreises so gesteuert, dass sich ein rotierendes
Magnetfeld im Inneren des Motors ergibt. Dieses nimmt dann den Rotor
mit. Hierzu sind vier Rotormagnete vorgesehen, die in einem Rotorgehäuse
so angebracht sind, dass die inneren Umfangsflächen der
Rotormagnete einer äußeren Umfangsfläche
des Statorkerns genau gegenüberliegen.
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Der
aus der
DE 195 23
798 A1 bekannte Elektromotor hat den Nachteil, dass speziell
beim Ein- und Ausschalten Verzögerungen in Folge eines Massenträgheitsmoments
des Rotors auftreten. In Bezug auf die erforderlichen Leistungsdaten
des Elektromotors werden jedoch die mit dem Massenträgheitsmoment
verbundenen Nachteile in Kauf genommen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass in Bezug auf vorgegebene
Leistungsdaten eine Reduzierung des Massenträgheitsmoments
möglich ist. Speziell besteht der Vorteil, dass die elektrische Maschine
in Anwendungen eingesetzt werden kann, bei denen ein reduziertes
Massenträgheitsmoment erforderlich oder von Vorteil ist.
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Durch
die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen
elektrischen Maschine möglich.
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Vorteilhaft
ist es, dass das Lamellenpaket Kunststofflamellen und fernmagnetische
Lamellen aufweist und dass die Kunststofflamellen gleichmäßig über
das Lamellenpaket verteilt sind. Dadurch kann der fernmagnetische
Anteil des Rotors verringert werden. Da die magnetischen Feldlinien
aus den fernmagnetischen Lamellen nicht nur radial, sondern auch
zu einem gewissen Anteil seitlich aus den fernmagnetischen Lamellen
austreten, kann durch die gleichmäßige Verteilung
der Kunststofflamellen in dem Lamellenpaket und eine gegebenenfalls
relativ dünne Ausgestaltung der Kunststofflamellen eine
im Wesentlichen gleichmäßige magnetische Feldstärke in
einer radialen Umgebung des Rotors erreicht werden.
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Ferner
ist es vorteilhaft, dass zwischen zwei jeweils aufeinanderfolgenden
fernmagnetischen Lamellen zumindest eine Kunststofflamelle angeordnet ist.
Speziell können die Kunststofflamellen und die fernmagnetischen
Lamellen abwechselnd aufeinander liegen, um das Lamellenpaket zu
paketieren. Dadurch kann das Massenträgheitsmoment des
Rotors wesentlich reduziert werden, wobei eine relativ gleichmäßige
magnetische Feldstärke in der radialen Umgebung des Rotors
gewährleistet ist.
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Vorteilhaft
ist es, dass die Lamellen des Lamellenpakets eine mittige Aussparung
aufweisen, dass das Lamellenpaket einen Kunststoffkern mit einer
axialen Durchgangsöffnung aufweist und dass der Kunststoffkern
in der mittigen Aussparung des Lamellenpakets angeordnet ist. Durch
den Kunststoffkern kann das Massenträgheitsmoment in vorteilhafter
Weise weiter reduziert werden, wobei der Einfluss auf das in der
radialen Umgebung bestehende Feldlinienbild gering ist. Speziell
kann der Kunststoffkern rohrförmig ausgestaltet sein.
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In
vorteilhafter Weise ist eine fernmagnetische Hülle für
das Lamellenpaket vorgesehen, die die Lamellen des Lamellenpakets
umgibt. Dadurch kann die durchschnittliche magnetische Feldstärke
in der radialen Umgebung erhöht werden. Die fernmagnetische
Hülle kann beispielsweise aus einem oder mehreren Eisenringen
gebildet sein. Speziell ist es möglich, dass die Kunststofflamellen
jeweils mit einem Außenring aus Eisen versehen sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden
Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen
sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen
versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine
elektrische Maschine in einer auszugsweisen, axialen Schnittdarstellung
entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung
und
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2 einen
Schnitt durch die in 1 auszugsweise dargestellte
elektrische Maschine entlang der mit II bezeichneten Schnittlinie
entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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1 zeigt
eine elektrische Maschine 1 in einer auszugsweisen, axialen
Schnittdarstellung. Die elektrische Maschine 1 kann insbesondere
als Elektromotor für ein Kraftfahrzeug ausgestaltet sein.
Speziell eignet sich die elektrische Maschine 1 zur fremdkraftbetätigten
Verstellung von Elementen eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines
Schiebedachs, eines Fensters oder eines Sitzelements, sowie als Stellantrieb,
beispielsweise im Triebstrang. Ferner kann die elektrische Maschine 1 als
Elektromotor zur Lenkkraftunterstützung dienen. Die erfindungsgemäße
elektrische Maschine 1 eignet sich jedoch auch für andere
Anwendungsfälle.
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Die
elektrische Maschine 1 weist einen Rotor 2 und
eine Welle 3 auf, auf der der Rotor 2 montiert ist.
Weitere Komponenten der elektrischen Maschine 1 sind zur
Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt.
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Der
Rotor 2 weist mehrere Lamellen 4, 5, 6 auf,
von denen in der 1 die Lamellen 4, 5, 6 gekennzeichnet
sind. Dabei sind die Lamellen 4, 5 als fernmagnetische
Lamellen ausgestaltet. Beispielsweise können die Lamellen 4, 5 aus
einem magnetisch aktiven Material wie Ferrit oder seltene Erden gebildet
sein. Vorzugsweise sind die Lamellen 4, 5 als
gestanzte Eisenbleche ausgestaltet, die massiv ausgeführt
sind und auch aus einem Stahl gebildet sein können. Die
Lamelle 6 ist als Kunststofflamelle ausgestaltet und dient
als Leichtbauelement. Die Lamellen 4, 5, 6 bilden
mit den weiteren Lamellen ein Lamellenpaket 7. Die Lamellen 4, 5, 6 des
Lamellenpakets 7 weisen Ausstanzungen auf, die eine Aussparung 8 des
Lamellenpakets 7 ergeben, in der ein Magnet 12 angeordnet
ist. In einer weiteren Aussparung 9 des Lamellenpakets 7 ist
ein weiterer Magnet 13 des Rotors 2 angeordnet.
Ferner sind in weiteren Aussparungen 10, 11 des
Lamellenpakets 7 noch Magnete 14, 15 angeordnet,
wie es in entsprechender Weise anhand der 2 beschrieben
ist.
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Die
Kunststofflamellen 6 des Lamellenpakets 7 haben
das gleiche Stanzbild wie die fernmagnetischen Lamellen 4, 5.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist jede zweite
Lamelle als Kunststofflamelle ausgestaltet, so dass in Bezug auf
ein ausschließlich aus fernmagnetischen Lamellen bestehendes
Lamellenpaket ein erheblich reduziertes Massenträgheitsmoment
des Lamellenpakets 7 erreicht ist. Das durch die fernmagnetischen
Lamellen des Lamellenpakets 7 gegebene magnetische Material
ist weitgehend gleichmäßig über das Lamellenpaket 7 verteilt,
so dass sich in einer radialen Umgebung 16 des Rotors 2 ein
elektrisches Feld mit im Wesentlichen gleichmäßiger
magnetischer Feldstärke ausbildet. Hierbei wird die Tatsache
ausgenutzt, dass die magnetischen Feldlinien aus den fernmagnetischen
Lamellen 4, 5 nicht nur radial, sondern auch seitlich
austreten. Somit wird die durchschnittliche Feldstärke
auf einer Rotoroberfläche 17 und somit in der
radialen Umgebung 16 nur wenig reduziert. Gleichzeitig
erfolgt aber eine Reduzierung des Massenträgheitsmoments,
da der verwendete Kunststoff der Kunststofflamellen 6 eine
deutlich geringere spezifische Massendichte aufweist als das fernmagnetische
Material der Lamellen 4, 5, insbesondere als Eisen.
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2 zeigt
einen Schnitt durch die in 1 auszugsweise
dargestellte elektrische Maschine 1 entlang der mit II
bezeichneten Schnittlinie entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Dabei sind die in den Aussparungen 8, 9, 10, 11 angeordneten
Magneten 12, 13, 14, 15 mit
ihrer Polung dargestellt, wobei „N” zur Kennzeichnung
des Nordpols und „S” zur Kennzeichnung des Südpols dient.
Somit ist in diesem Ausführungsbeispiel als Polpaarzahl 2 gewählt.
Es kann allerdings auch eine andere Polpaarzahl gewählt
sein.
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Die
Kunststofflamelle 6 weist wie die anderen Lamellen des
Lamellenpakets 7 eine mittige Aussparung 20 auf,
in der ein Kunststoffkern 21 mit einer Durchgangsbohrung
angeordnet ist. Der Kunststoffkern 21 ist dabei rohrförmig
ausgestaltet. Die Durchgangsbohrung 22 des Kunststoffkerns 21 dient
zum Aufnehmen der Welle 3 der elektrischen Maschine 1.
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Außerdem
ist ein Eisenring 23 vorgesehen, der die Kunststofflamelle 6 in
Form eines Außenrings umgibt. Somit ist die Kunststofflamelle 6 mit
einem als Außenring ausgestalteten Eisenring 23 versehen. Entsprechend
sind auch die weiteren Kunststofflamellen des Lamellenpakets 7 mit entsprechenden
Eisenringen versehen. Dadurch ist eine fernmagnetische Hülle 23 gebildet.
Durch die fernmagnetische Hülle 23 wird die magnetische
Feldstärke an der Rotoroberfläche 17 und
somit in der radialen Umgebung 16 erhöht.
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Bei
der Herstellung des Lamellenpakets 7 kann die zunächst
hochkant stehende Welle 3 unten gehalten werden. Dann kann
von oben die erste massive fernmagnetische Lamelle eingelegt und
als nächstes eine Kunststofflamelle eingelegt werden. Dann
kann der dazugehörige Eisenring für die Kunststofflamelle
eingelegt werden. Darauf folgt wieder eine fernmagnetische Lamelle.
Die Montage wird dann entsprechend fortgeführt, bis der
Rotor 2 das gewünschte Lamellenpaket 7 aufweist.
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Es
ist anzumerken, dass in den beschriebenen Ausführungsbeispielen
die Magnete 12, 13, 14, 15 als
vergrabene Magnete 12, 13, 14, 15 vorgesehen
sind. Es ist auch möglich, dass aufgeklebte Oberflächenmagnete
oder auf andere Weise angeordnet und befestigte Magnete vorgesehen
sind.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19523789
A1 [0002]
- - DE 19523798 A1 [0003]