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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für einen elektronisch kommutierten Elektromotor umfassend eine Mehrzahl von gleichmäßig um die Rotorwelle herum angeordneten Dauermagneten sowie eine ebenso große Anzahl von im wesentlichen keilförmigen, zwischen jeweils zwei einander benachbarten Dauermagneten angeordneten Segmenten aus weichmagnetischem Material, wobei jedes Segment aus einem Stapel flacher, aneinander anliegender, ursprünglich zueinander bewegbarer Lamellen besteht. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotors sowie ein bei der Herstellung eines solchen Rotors verwendbares Zwischenprodukt.
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Elektromotoren mit Rotoren der eingangs angegebenen Art sind in vielfältigen Bauweisen bekannt. Einige bekannte Ausführungen von für elektronisch kommutierte Elektromotoren bestimmte, Dauermagnete aufweisende Rotoren sind in den 1 bis 4 gezeigt.
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Die häufigste bekannte Bauweise ist die Ausführung mit den Dauermagneten montiert (angeklebt) auf dem Außenumfang eines aus Weicheisen bestehenden zylindrischen Kerns (1). In diesem Fall sind die Magnete so gebogen, dass sie auf einer Seite an dem Kern anliegen und auf anderer Seite den Außenumfang des Rotors definieren.
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Allerdings ist die hierfür erforderliche Bearbeitung der Magnete recht kompliziert. Deswegen wird oft die Ausführung des Rotors mit Magneten, die in den weichmagnetischen Kern eingesetzt sind, verwendet (2). In diesem Falle können sehr einfach in Quaderform hergestellte Magnete zum Einsatz kommen.
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Was die Magneteigenschaften des Rotors angeht, ist eine sehr günstige Ausführung eine solche mit radial eingesetzten Magneten (3). Im Sine der einleitend dargelegten Bauweise umfasst der Rotor eine Mehrzahl von Segmenten aus weichmagnetischem Eisen, wobei jeweils zwischen zwei Segmenten ein Dauermagnet angeordnet ist. Zwei benachbarte Magnete sind so alternierend gegeneinander magnetisiert, dass ein Eisensegment auf beiden Seiten den Nordpol der beiden benachbarten Magnete und das nächste Segment auf beiden Seiten den Südpol der beiden benachbarten Magnete hat. Bei dieser Konstruktion bestehen breite Möglichkeiten beim Formen und bei der Konzentration des magnetischen Flusses. Auf diese Weise lassen sich günstige Eigenschaften des Elektromotors und eine hohe Nutzleistung des Materials erreichen.
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Insoweit sind die relevanten konstruktiven Gesichtspunkte von für elektronisch kommutierte Elektromotoren bestimmten Rotoren vergleichbar mit Dauermagnete aufweisenden Rotoren für andere dynamoelektrische Maschinen (vgl. z. B.
EP 1100175 A2 und
GB 2131630 A ).
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Typischerweise ist der Rotor nach der eingangs angegebenen Art so hergestellt (4), dass Lamellen-Scheiben in der Form des Rotorquerschnitts und mit den ausgeschnittenen Aussparungen für die Aufnahme der Magnete aus Blech aus weichmagnetischen Eisen ausgeschnitten werden. Die im wesentlichen keilförmigen Abschnitte der Lamellen-Scheiben sind über Brücken miteinander verbunden. Durch Stapeln der Lamellen-Scheiben zu einem Paket werden die Segmente erhalten, die mit radial außen bzw. radial innen liegenden Brücken miteinander verbunden sind. Die Brücken müssen möglichst dünn sein, um im Interesse eines möglichst hohen Wirkungsgrades möglichst wenig magnetischen Fluss für die Sättigung zu verbrauchen. Auf der Innenseite darf weiterhin nur jedes zweite, gleich polarisierte Segment in Kontakt mit der Rotorwelle sein, weil sonst die Welle einen Kurzschluss für das magnetische Feld der einzelnen Magnete bilden kann. Dünne Brücken zwischen den keilförmigen Abschnitten der aus weichmagnetischem Material zu stanzenden Lamellen-Scheiben sind für die Herstellung allerdings problematisch, weil auch die Werkzeuge für das Ausstanzen dünn sein müssen und so es leicht zu Brüchen kommen kann. Daneben garantieren dünne Brücken keine mechanische Festigkeit des Rotors.
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Bei der Rotorbauweise nach der
EP 1100175 A2 wird auf die vorstehend erläuterten, radial innen liegenden Brücken zwischen den Segmenten verzichtet. Vielmehr sind in jeder Lamellen-Scheibe die keilförmigen Abschnitte nur über radial außen angeordnete Brückenteile miteinander verbunden. Nach dem Einsetzen der – hinsichtlich ihrer Dicke exakt auf die lichte Weite der Spalte zwischen jeweils zwei benachbarten Segmenten aus weichmagnetischem Material abgestimmten – Dauermagnete in die hierfür vorgesehenen Aussparungen in dem Stapel aus Lamellen-Scheiben wird ein Trägerkörper aus unmagnetischem Material an die betreffende Einheit angespritzt. Anschließend werden die Brückenteile abgedreht, so dass an der äußeren Umfangsfläche des Rotors zwischen jeweils zwei einander benachbarten Segmenten aus weichmagnetischem Material ein Streifen des Trägerkörpers freiliegt.
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Ein besonderer Aspekt der Fertigung von Rotoren der vorstehend erläuterten Art besteht darin, dass die Kosten der Herstellung von Dauermagneten bei abnehmender zulässiger Fertigungstoleranz stark zunehmen. Kostengünstig herstellbare Dauermagnete sind somit, mit anderen Worten, vergleichsweise groben Fertigungstoleranzen unterworfen. Demgemäß müssen bei Rotoren der Bauweise nach
4, die zu günstigen Fertigungskosten herstellbar sein sollen, die für die Aufnahme der Magnete bestimmten Aussparungen zwischen den einander benachbarten Segmenten mit einem auf das Größtmaß der Magnete abgestimmten Übermaß hergestellt werden. Dies wirkt sich wegen einer Beeinträchtigung des magnetischen Flusses allerdings nachteilig auf die Leistungsfähigkeit der mit den entsprechenden Rotoren ausgerüsteten Motoren aus. Leistungsstarke Motoren mit in herkömmlicher Weise gemäß
4 ausgebildeten Rotoren lassen sich – mit entsprechenden Auswirkungen auf die Herstellungskosten – somit nur unter Verwendung von geringen Fertigungstoleranzen unterworfenen, vergleichsweise teuren Magneten herstellen. Entsprechendes gilt nicht nur für die aus der
EP 1100175 A2 bekannte Rotorbauweise, sondern auch für die Bauweise nach
3 sowie die insoweit vergleichbare, der
GB 2131630 entnehmbare Rotorbauweise; denn bereits geringe Unterschiede in der Dicke der Magnete würden infolge der Keilform der Segmente in erhebliche Unterschiede des Rotordurchmessers umgesetzt, wobei die negativen Auswirkungen mit der Polzahl des Rotors zunehmen. Erhebliche Durchmesserunterschiede von Rotor zu Rotor sind indessen unzulässig, weil die Motorcharakteristik stark von der Dicke des Luftspalts zwischen Stator und Rotor abhängt. Auch der Bauweise nach
3 entsprechende bekannte Rotoren gattungsgemäßer Art sind somit, weil sie die Verwendung hochgenauer Magnete erfordern, vergleichsweise teuer in der Herstellung.
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Die vorliegende Erfindung zielt demgemäß darauf ab, zu vergleichsweise geringen Herstellungskosten einen für leistungsstarke elektronisch kommutierte Elektromotoren geeigneten Rotor der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, der auch im übrigen allen praxisrelevanten Anforderungen in einem hohen Maß genügt.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabenstellung gelöst, indem bei einem im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Rotor für einen elektronisch kommutierten Elektromotor jeweils zwei aneinander anliegende, ursprünglich bezüglich einer parallel zur Rotorachse verlaufenden Drehachse, die durch ein ineinander greifendes Paar eines an einer Lamelle ausgebildeten Vorsprungs und einer an der benachbarten Lamelle ausgeführten Ausnehmung gebildet wird, relativ zueinander verdrehbare Lamellen in einer solche Stellung zueinander fixiert sind, dass die lichte Weite des zwischen zwei einander benachbarten Segmenten bestehenden, einen Dauermagneten aufnehmenden Spalts zur spielfreien Anlage der beiden Segmente an dem zugeordneten Dauermagneten spezifisch an dessen individuelle Dicke angepasst ist. Ein entscheidender Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist somit, dass während der Herstellung des Rotors die Kontur der aus den aufeinander gestapelten Lamellen gebildeten, im wesentlichen keilförmigen Segmente gezielt veränderbar ist, um sie an die individuelle Dicke der Dauermagnete anpassen zu können, und zwar bei Verwendung einer einzigen, standardisierten Lamellenform. Weil die Lamellen nicht über Brücken miteinander verbunden sind, ist die individuelle, spezifiche Anpassung der Kontur jedes einzelnen Segments unabhängig von den anderen Segmenten allein in Abhängigkeit von der Dicke der beiden benachbarten Magnete möglich. Nur durch die während der Herstellung des Rotors erfolgende individuelle Bewegung der aneinander anliegenden, bevorzugt identischen Lamellen zueinander erfolgt eine solche Veränderung der Kontur der Segmente, dass diese an den angrenzenden Dauermagneten spielfrei anliegen. Auf diese Weise erfolgt ein Ausgleich der – insbesondere bei kostengünstigen Dauermagneten unvermeidbaren – Fertigungstoleranzen der Magnete in den Segmenten, und zwar ohne dass hierfür unterschiedlich dimensionierte Lamellen bereitgehalten werden müssten. Vielmehr enthält ein erfindungsgemäß aufgebauter Rotor typischerweise ausschließlich Lamellen einer einzigen Dimensionierung. Neben den günstigen Auswirkungen auf die Herstellungskosten besteht ein weiterer vorteilhafter Effekt der Erfindung in einem besonders günstigen magnetischen Verhalten. Dieses ergibt sich nicht nur als Folge der spielfreien Anlage der Segmente an den beiden jeweils benachbarten Dauermagneten. Hinzu kommt, dass die einander benachbarten Segmente, anders als dies für den vorstehend dargelegten Stand der Technik nach 4 gilt, nicht über Brücken aus weichmagentischem Material miteinander verbunden sind; dies reduziert die Verluste und macht die erfindungsgemäßen Rotoren besonders geeignet für leistungsstarke Motoren.
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Unter Berücksichtigung der vorstehend dargelegten Gesichtspunkte wird die oben angegebene Aufgabenstellung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein Zwischenprodukt gelöst, welches für die Herstellung eines für einen elektronisch kommutierten Elektromotor bestimmten Rotors vorgesehen ist und eine Mehrzahl von gleichmäßig um die Rotorwelle herum angeordneten Dauermagneten sowie eine ebenso große Anzahl von im wesentlichen keilförmigen, zwischen jeweils zwei einander benachbarten Dauermagneten angeordneten Segmenten aus weichmagnetischem Material umfasst, wobei jedes Segment aus einem Stapel flacher Lamellen besteht, von denen jeweils zwei aneinander anliegende Lamellen dergestalt relativ zueinander lageveränderbar sind, dass die lichte Weite des zwischen zwei einander benachbarten Segmenten bestehenden, der Aufnahme eines Dauermagneten dienenden Spalts veränderbar und zur spielfreien Anlage der beiden Segmente an dem Dauermagneten an dessen individuelle Dicke anpasspar ist.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die oben angegebene Aufgabenstellung durch ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für einen elektronisch kommutierten Elektromotor gelöst, welches die folgenden Schritte umfasst:
Bereitstellen einer Vielzahl von flachen, im wesentlichen keilförmigen Lamellen aus weichmagnetischem Material;
Herrichten einer Mehrzahl von im wesentlichen keilförmigen Stapeln aus jeweils einer Mehrzahl von Lamellen, von denen jeweils zwei aneinander anliegende dergestalt relativ zueinader lageveränderbar sind,
dass die Keilkontur des Segments veränderbar ist;
Bereitstellen von einer der Anzahl der Segmente entsprechenden Mehrzahl von im wesentlichen ebenen Dauermagneten;
Anordnen der Dauermagnete und der Segmente in alternierender Abfolge gleichmäßig um eine Achse herum, wobei jeweils ein Dauermagnet in einem zwischen zwei benachbarten Segmenten bestehenden, sich im wesentlichen radial erstrecke den Spalt angeordnet wird und die Segmente eine individuelle, dergestalt an die individuelle Dicke der Dauermagnete angepasste Kontur einnehmen, dass sämtliche Segmente spielfrei an den beiden jeweils benachbarten Dauermagneten anliegen;
Fixieren der Lamellen der Segmente.
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Im Rahmen der vorliegenden, vorstehend erläuterten Erfindung sind zahlreiche Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Rotors, des erfindungsgemäßen Zwischenprodukts und des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens möglich, die sich durch besondere Vorteile auszeichnen.
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Was den erfindungsgemäßen Rotor betrifft, so zeichnet sich eine erste solche Weiterbildung dadurch aus, dass die Dauermagnete – was durchaus nicht zwingend ist – im wesentlichen radial angeordnet sind. In diesem Falle kommen Lamellen zum Einsatz, die im wesentlichen spiegelsymmetrisch gestaltet sind. Dies ist unter Herstellungsgesichtspunkten günstig.
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Gemäß einer zweiten bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Rotors sind die Lamellen zur Fixierung ihrer relativen Lage zueinander in einem Kunststoffkörper verankert. Der betreffende Kunststoffkörper, der besonders bevorzugt durch Formpressen aus einem Duroplasten hergestellt wird, kann dabei insbesondere eine zentrale Kunststoffnabe umfassen, durch die die Rotorwelle hindurchtritt. Bevorzugt weisen die Lamellen zu ihrer Verankerung in einer solchen Kunststoffnabe radial innen in die Kunststoffnabe hineinragende Verankerungsvorsprünge oder aber Verankerungsnuten, in welche Verankerungsrippen der Kunststoffnabe formschlüssig eingreifen, auf. Welche der beiden Ausgestaltungen zum Einsatz kommt, richtet sich dabei im Einzelfall insbesondere nach den Platzverhältnissen. Andere Formen der Verankerung der Lamellen in einem Kunststoffkörper sind ebenfalls denkbar.
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Ist in dem vorstehend dargelegten Sinne eine zentrale Kunststoffnabe vorgesehen, so kann die Rotorwelle in diese eingegossen sein. Die Rotorwelle bedarf in diesem Falle keiner gesondert herzustellenden Verbindung mit den übrigen Komponenten des Rotors; und – verglichen mit einem nachträglichen Einpressen der Rotorwelle in den Rotorkörper – werden Spannungen vermieden.
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Der Kunststoffkörper braucht sich keinesfalls auf die vorstehend erläuterte Kunststoffnabe zu beschränken. Im Gegenteil: Es ist besonders vorteilhaft, wenn auch die Dauermagnete und Segmente in den Kunststoffkörper eingegossen sind, wodurch ein eine einheitliche Gesamtheit bildender Rotorblock entsteht.
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Zum Schutz des Rotors vor Beschädigung kann am Außenumfang des Rotors eine dünnwandige Hülse vorgesehen sein. Diese besteht bevorzugt aus einem nicht ferromagnetischen Blech oder aus einem Faserverbundmaterial.
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Eine andere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Rotors zeichnet sich dadurch aus, dass dieser mindestens zwei in Axialrichtung nebeneinander angeordnete, übereinstimmend aufgebaute Rotorabschnitte aufweist, die zueinander bezüglich der Rotorachse um einen vorgegebenen Winkel verdreht sind. Dies trägt zu einer Vergleichmäßigung des Motordrehmoments bei, indem es dem Nutrasteffekt (Cogging) entgegenwirkt. Die beiden (oder mehr) Rotorabschnitte können dabei im Sinne der weiter oben beschriebenen Weiterbildung insbesondere eine gemeinsame einstückige Kunststoffnabe umfassen und/oder in einen gemeinsamen, einstückigen Kunststoffkörper eingegossen sein.
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Erfindungsgemäß entscheidend ist, wie weiter oben bereits dargelegt, die Möglichkeit, die die Segmente bildenden, aneinander anliege den Lamellen, bevor deren Fixierung in ihrer spielfrei an den Magneten anliegenden Stellung erfolgt, gezielt relativ zueinander zu bewegen. Hierfür kommen im Rahmen der Erfindung mehrere Varianten in Betracht. Eine in dieser Hinsicht besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Lamellen jedes Segments bezüglich eine parallel zur Rotorachse verlaufenden Drehachse relativ zueinander verdrehbar sind. Die Drehachse ist dabei besonders bevorzugt im wesentlichen auf der Hälfte der radialen Erstreckung der Segments angeordnet. Durch das dem Öffnen bzw. Schließen einer Schere vergleichbare Verdrehen der Lamellen zueinander um die genannte Drehachse nehmen die Abmessungen des jeweilige Segments in Umfangsrichtung entfernt von der Drehachse, d. h. radial außen und radial innen zu bzw. ab, was zu einer entsprechenden Reduktion der lichten Weite der angrenzenden Spalte, in denen die benachbarten Dauermagnete aufgenommen sind, führt. Hierdurch liegen die Lamellen alternierend an den beiden benachbarten Dauermagneten an, nämlich eine Lamelle radial außen an dem einen, ersten und radial innen an dem anderen, zweiten benachbarten Dauermagnet und die nächste Lamelle radial außen an dem zweiten und radial innen an dem ersten Dauermagnet.
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Die vorstehend erwähnte Drehachse, bezüglich derer die aneinander anliegenden Lamellen relativ zueinander verdrehbar sind, wird bevorzugt gebildet durch ein ineinandergreifendes Paar eins jeweils an einer Lamelle ausgebildeten warzenartigen Vorsprungs und einer an der benachbarten Lamelle ausgeführten, den Vorsprung aufnehmenden Ausnehmung. Dies ist eine in konstruktiver und fertigungstechnischer Hinsicht besonders günstige Lösung.
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Ein Verdrehen der aneinander anliegenden Lamellen relativ zueinander bezüglich einer zur Rotorachse parallel verlaufenden Drehachse ist zwar eine besonders günstige, indessen nicht die einzig denkbare Möglichkeit, die erforderliche Bewegung der Lamellen relativ zueinander zu ermöglichen. Denkbar wäre beispielsweise auch ein in Umfangsrichtung gerichtetes, d. h. zum Radius des entsprechenden Segments senkrecht stehendes Parallelverschieben der Lamellen zueinander. Von Vorteil bei dieser Variante wäre, dass sich der Keilwinkel des Segments beim Anpassung von dessen Kontur an die individuelle Dicke der beiden benachbarten Magnete nicht ändert, so dass die einzelnen Lamellen eher über ihre gesamte radiale Erstreckung an dem einen bzw. dem anderen Dauermagneten anliegen. Allerdings ist der fertigungstechnische Aufwand für eine solche Parallelverschiebung signifikant höher als für das weiter oben beschriebene Verdrehen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist zumindest ein Teil der Lamellen radial außen und/oder radial innen mindestens einen in Umfangsrichtung vorspringenden, der Lagesicherung der Dauermagneten dienenden Positionieransatz auf. Jede Lamelle kann dabei insbesondere zwei derartige Positionieransätze aufweisen, nämlich an der einen Seite, dem einen benachbarten Magnet zugewandt, einen ersten, radial außen angeordneten Positionieransatz, welcher den zugeordneten Magnet radial außen sichert, und an der anderen, gegenüberliegenden Seite, welche dem anderen benachbarten Magnet zugewandt ist, einen zweiten, radial innen angeordneten Positionieransatz, welcher den zugeordneten Magnet radial innen sichert. Die Lamellen jedes Segments sichern in diesem Falle jeden der benachbarten Magnete alternierend radial außen und radial innen. Auch kann beispielsweise jede Lamelle vier solcher Positionieransätze aufweisen, was den Vorteil hätte, dass sämtliche Lamellen identisch ausgeführt sein können.
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Was die in Anwendung der vorlegenden Erfindung erfolgende Herstellung des Rotors betrifft, so vollzieht sich diese bevorzugt in zwei Stufen. Zunächst wird ein die Segmente und die zwischen diesen angeordneten Magnete umfassender Rotorrohling hergestellt, und zwar mit einem hinsichtlich des Durchmessers gegenüber dem Endmaß größeren Rohmaß. Hierzu sind die Segmente durch eine entsprechende Stellung ihrer einzelnen Lamellen zueinander zunächst in einem solchen Maße gespreizt, dass ihre Kontur noch größer ist, als es für das Kleinstmaß (maximale Toleranzabweichung der Ducke nach unten) sämtlicher Magnete erforderlich wäre. Der aus den zunächst auf Übermaß vorgefertigten Segmenten und den zwischen diesen angeordneten Magneten gebildete, ebenfalls Übermaß aufweisende Rotorrohling wird sodann einer Kalibrierung unterzogen, während derer der Durchmesser auf das Endmaß reduziert wird. Durch Verwendung eines entsprechenden Kalibrierwerkzeugs wird dabei die sichergestellt, dass der Rotor einen exakten runden Querschnitt erhält. Während der Kalibrierung verändert sich durch eine entsprechende Veränderung der Lage der einzelnen Lamellen jedes Segments die Kontur der Segmente im Sinne einer Verringerung der Abmessungen in Umfangsrichtung. Jedes Segment nimmt am Ende der Kalibrierung eine von der individuellen Dicke der beiden benachbarten Magnete abhängige individuelle Kontur ein dergestalt, dass jede einzelne Lamelle an zumindest einem der benachbarten Magnete und jedes Segment an beiden benachbarte Magneten spielfrei anliegt. (Im Falle der weiter unten anhand der Zeichnung erläuterten bevorzugten Ausführungsform liegt jede Lamelle sogar an beiden benachbarten Magneten spielfrei an, nämlich an dem einem Magneten radial innen und an dem anderen Magneten radial außen.) In dieser Stellung wird die Lage der Lamellen fixiert, bevorzugt zugleich mit der Ausbildung einer aus Kunststoff bestehenden Nabe. Das Fixieren der Lamellen erfolgt dabei, wie bereits erwähnt, bevorzugt durch das Anformen einer zentralen Kunsstoffnabe radial innen an den Segmenten, wobei die Lamellen und die Kunststoffnabe über geeignete verankerungselemente formschlüssig ineinandergreifen.
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Die vorstehend dargelegte Verfahrensführung ist hinsichtlich des Herstellungsaufwands wie auch der Qualität des fertigen Rotors denkbaren Alternativen überlegen, wie beispielsweise einem Ablauf dergestalt, dass die Segmente des Rotorrohlings zunächst eine auf das Größtmaß der Magnete abgestimmtes Kleinstmaß in Umfangsrichtung aufweisen und anschließend – durch entsprechende Veränderung der Lage der einzelnen Lamellen zueinander – gemäß der individuellen Dicke der beiden benachbarten Magnete individuell so weit gespreizt werden, dass sie spielfrei an beiden benachbarten Magneten anliegen.
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Lediglich zur Klarstellung ist an dieser Stelle festzuhalten: Die vorliegende Erfindung darf nicht dahingehend beschränkt verstanden werden, dass zwingend die Lamellen jedes Segments in dem Sinne alternierend wirken, dass jeweils eine Lamelle an dem einen und jede an dieser Lamelle anliegende Lamelle an dem anderen zu dem betreffenden Segment benachbarten Magneten spielfrei anliegen. Vielmehr sind auch andere alternierende Abfolgen denkbar, beispielsweise indem jeweils mehrere zueinander benachbarte erste Lamellen an dem einen und mehrere andere, ihrerseits zueinander benachbarten Lamellen an dem anderen zu dem betreffenden Segment benachbarten Magneten spielfrei anliegen.
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Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand dreier in der Zeichnung veranschaulichter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt
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1 einen schematichen Querschnitt durch einen ersten dem Stand der Technik entsprechenden Rotor für einen elektronisch kommutierten Motor,
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2 einen schematischen Querschnitt durch einen zweiten dem Stand der Technik entsprechenden Rotor für einen elektronisch kommutierten Motor,
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3 einen schematischen Querschnitt durch einen dritten dem Stand der Technik entsprechenden Rotor für einen elektronisch kommutierten Motor und
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4 einen schematischen Querschnitt durch einen vierten dem Stand der Technik entsprechenden Rotor für einen elektronisch kommutierten Motor.
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5 zeigt in perspektivischer Ansicht ein aus einer Mehrzahl von aufeinander gestapelten Lamellen hergerichtetes Segment einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors.
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6 veranschaulicht die Bewegungsmöglichkeit zweier aneinander anliegender Lamellen des in 5 gezeigten Segments zur Anlage an einem benachbarten Magneten.
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7 zeigt im Querschnitt die Anordnung von vierzehn Segmenten der in 5 gezeigten Art mit jeweils dazwischen angeordneten Dauermagneten in Form eines Rotorrohlings.
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8 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Rotorrohling mit zwei übereinstimmend aufgebauten, jedoch geringfügig um die Rotorachse zueinander verdrehten Abschnitten.
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9, 10 und 11 veranschaulichen der Stufen der Herstellung eines Rotors unter Verwendung des Rotorrohlings nach 8.
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12 zeigt den fertigen Rotor in perspektivischer, teilweise gebrochener Darstellung. Weiterhin zeigt
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13 eine erste und 14 eine zweite Modifikation des in den 5 bis 12 veranschaulichten ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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Bei dem Rotor nach 1 sind sechs gebogene Dauermagneten 1 auf dem Außenumfang eines aus Weicheisen bestehenden zylindrischen Kerns 2 aufgeklebt, und zwar mit wechselnder Polarität. Sei dem Rotor nach 2 sind sechs lache, im wesentlichen ebene Dauermagnete 3 in angeordnete Aussparungen 4, welche gleichmäßig um die Rotorachse herum in dem zylindrischen, weichmagnetischen Kern 5 angeordnet sind, aufgenommen. Bei dem Rotor nach 3 sind sechs ebenfalls flache, radial angeordnete Dauermagnete 3 jeweils zwischen zwei keilförmigen Segmenten 6 aus weichmagnetischem Material aufgenommen. Sei dem Rotor nach 4, der praktische Relevanz erlangt hat, sind gegenüber dem idealisierten Rotor nach 3 die Segmente 6 radial außen jeweils über Brücken 7 miteinander verbunden; und drei jeweils einander nicht benachbarte Segmente 6 sind darüber hinaus auch über radial innen angeordnete Brücken 8 miteinander verbunden. Sei der Herstellung dieses Rotors kommen demgemäß aufeinander gestapelte Lamellen-Scheiben zum Einsatz, bei denen die sechs die Segmente 6 bildenden Lamellen 9 über besagte Brücken miteinander verbunden sind.
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Angesichts dessen, dass es sich insoweit um den hinlänglich bekannten Stand der Technik handelt, sind weitere Erläuterungen entbehrlich.
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Sei dem in den 5 bis 12 veranschaulichten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst der Rotor 10 für einen elektronisch kommutierten Motor (in jedem seiner beiden Rotorabschnitte s. u.) vierzehn gleichmäßig um die Rotorachse 15 herum angeordnete, ebene Dauermagnete 16 der dicke D sowie ebenfalls vierzehn aus Weicheisen beste ende Segmente 17, die zwischen den Magneten angeordnet sind und jeweils aus einer Mehrzahl aufeinander gestapelter, aneinander anliegender flacher Lamellen 18 bestehen. Die Segmente 17 sind im wesentlichen keilförmig ausgeführt, weshalb auch die Lamellen 18 im wesentlichen keilförmig ausgeführt sind. Die Dauermagnete 16 sind im wesentlichen radial ausgerichtet, wobei der Nordpol zu einem der benachbarten Segmente 17 und der Südpol zu dem anderen benachbarten Segment weist.
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Die Lamellen 18 jedes Segments 17 sind zunächst, d. h. bis zu einer bestimmten Stufe der Herstellung des Rotors 10 zueinander bewegbar, und zwar indem jeweils zwei aneinander anliegende Lamellen 18 um eine zu der Rotorachse 15 parallel verlaufende Drehachse 19 relativ zueinander verdrehbar sind. Hierzu wirkt jeweils zwischen zwei aneinander anliegenden Lamellen 18 ein die Drehachse 19 definierendes Paar eines an einer Lamelle 18a ausgebildeten warzenartigen Vorsprungs 20 und einer an der benachbarte Lamelle 18b ausgeführten Ausnehmung 21, in welche der Vorsprung 20 eingreift.
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Die Lamellen 18 weisen an ihren den Magneten zugewandten Kanten 22 und 23 Positionieransätze 24 und 25 auf. Diese sind dergestalt alternierend vorgesehen, dass eine Lamelle 18a an ihrer dem einen benachbarten Magneten 16 zugewandten Kante 22a radial außen einen äußeren Positionieransatz 24a und an ihrer dem anderen benachbarten Magnet zugewandten Kante 23a radial innen einen inneren Positionieransatz 25a aufweist, während es sich bei der benachbarten Lamelle 18b genau umgekehrt verhält, indem an der Kante 22b radial innen ein innerer Positionieransatz 25b und an der Kante 23b radial außen ein äußerer Positionieransatz 24b vorgesehen sind. Die Positionieransätze 24 und 25 springen in Umfangsrichtung gegenüber der jeweiligen Kante 22 bzw. 23 vor; ihr radialer Abstand zueinander ist auf die radiale Erstreckung der Magnete 16 abgestimmt.
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Bei dem fertigen Rotor 10 nehmen die einzelnen Lamellen 18 eines jeden Segments 17 eine solche Stellung ein, dass jeweils eine Lamelle 18a radial außen an dem einen, ersten benachbarten Magnet und radial innen an dem anderen, zweiten benachbarten Magnet spielfrei anliegt, während die benachbarte(n) Lamelle(n) 18b umgekehrt radial innen an dem ersten und radial außen an dem zweiten benachbarten Magnet spielfrei anliegt. Die genaue Stellung der Lamellen 18 jedes Segments 17 zueinander ergibt sich dabei individuell in Abhängigkeit von der tatsächlichen individuellen Dicke der beiden benachbarten Magnete. Demgemäß hängt auch die durch die individuelle Stellung der Lamellen 18 zueinander definierte Kontor jedes Segments 17 spezifisch von der individuellen Dicke der beiden benachbarten Magnete 16 ab, indem sich für jedes Segment 17 genau jene Kontur ergibt, in der es spielfrei an beiden benachbarten Magneten anliegt.
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Gemäß der in den 9 bis 11 in seinen wesentlichen Schritten veranschaulichten Vrfahrensführung wird zunächst ein die Segmente 17 und die zwischen diesen angeordneten Magnete 16 umfassender, zwei axial hintereinander angeordnete Rotorrohlingabschnitte 26a und 26b umfassender Rotorrohling 26 (8) hergestellt, und zwar mit einem hinsichtlich des Durchmessers gegenüber dem Endmaß größeren Rohmaß. Die Segmente 17 sind hierzu, wie weiter oben erläutert, übermäßig gespreizt. Dieser Rotorrohling wird anschließend unter entspreche der Änderung der Kontur der Segmente 17 auf sein Endmaß kalibriert. Hierzu wird ein Kalibrierwerkzeug 27 eingesetzt, das im wesentlichen aus einem Außenwerkzeug 28 und einem Innenwerkzeug 29 besteht. Das ringförmige Außenwerkzeug 28 weist einen der Aufnahme des Innenwerkzeugs 29 dienenden Innenraum 30 auf, dessen Begrenzungswand 31 sich in Richtung der Werkzeugachse 32 in Form eines Kegels konisch verjüngt. Das Innenwerkzeug besteht demgegenüber aus einer Mehrzahl von Pressbacken 33, die mit Abstand zueinander gleichmäßig um die Werkzeugachse herum angeordnet sind und die jeweils eine zur Anlage an der Begrenzungswand 31 des Außenwerkzeugs bestimmte Außenfläche 34 aufweisen. Die Pressbacken 33 definieren einen zylindrischen Innenraum 35, der zur Aufnahme des Rotorrohlings 26 geeignet ist. Der Rotorrohling 26 wird in den Innenraum 35 des Innewerkzeugs 29 eingesetzt (10). Anschließend wird das Innenwerkzeug 29 in dem Außenwerkzeug 28 längs der Werkzeugachse 32 verschoben (Pfeil A). Hierdurch werden die Pressbacken 33 radial nach innen gedrückt, wodurch sich der Außendurchmesser des zunächst mit Übermaß hergestellten Rotorrohlings 26 entsprechen reduziert, und zwar unter Verformung der Segmente 17 in der weiter oben erläuterten Weise. Die Geometrien des Außenwerkzeugs 28 und des Innenwerkzeugs 25 sind so aufeinander abgestimmt, dass der Durchmesser des Rotorrohlings 26, wenn das Innenwerkzeug den Anschlag 36 des Außenwerkzeugs erreicht (11), auf sein Endmaß (Fertigmaß) reduziert ist. In dieser Konfiguration der Lamellen 18, Segmente 17 und Magnete 16 wird der Rotorrohling in ein (als solches bekanntes) Spritzgießwerkzeug eingelegt, in dem ein Kunststoffkörper 37 angespritzt wird. Dieser umfasst eine zentrale Kunststoffnabe 38 mit rippenartigen Vorsprüngen 39, die in die radial innen an den Lamellen 18 vorgesehenen Verankerungsnuten 40 eingreifen. Der Kunststoffkörper 37 ragt jedoch insbesondere auch axial beidseits über die Länge des Rotorrohlings 26 hinaus und bildet dort Kunststoffscheiben 41 aus, die den Ratorkörper stirnseitig begrenzen. Die Rotorwelle 42 ist in die Kunststoffnabe 38 eingegossen; zu diesem Zweck wird sie zusammen mit dem Rotorrohling 26 in das Spritzgießwerkzeug eingelegt.
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13 veranschaulicht eine Abwandlung zu dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel, indem am Außenumfang des Rotorrohlings 26 eine eine dünnwandige Hülse 43 vorgesehen ist. Diese wird auf den Rotorrohling 26 aufgebracht, nachdem dieser auf sein Endmaß gebracht worden ist.
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14 veranschaulicht eine eitere Abwandlung zu dem zuvor erläuterten Ausführungseispiel, indem hier die Lamellen 18 zu ihrer Fixierung und Verankerung in dem Kunststoffkörper radial innen Verankerungsvorsprünge 44 aufweisen, die in die zentrale Kunststoffnabe hineinragen.
