-
Die
Erfindung betrifft einen permanentmagnetischen Rotor für
einen Elektromotor, vorzugsweise für einen Innenläufermotor,
welcher ein Blechpaket aus mehreren in axialer Richtung getapelten
Rotorblechen aufweist, wobei in von Ausnehmungen der Rotorbleche
gebildeten Aufnahmetaschen Permanentmagnete angeordnet sind.
-
Bei
den aus der Praxis bekannten, geblechten Rotoren dieser Art sind
die Magnete in der Regel in den Rotor eingebettet und folglich vollkommen
mit ferromagnetischem Material umgeben. Dieses gelingt konstruktiv
dadurch, dass die einzelnen Rotorbleche mit Ausnehmungen versehen
sind, welche nach entsprechender Paketierung fluchtend angeordnet
sind und Aufnahmetaschen für die Permanentmagnete bilden.
Dabei werden im Bereich der Magnete bzw. im Bereich der Ausnehmung
dünne Kurzschlussstege gebildet, welche auch als Sättigungsstege
bezeichnet werden und einen Teil des permanentmagnetischen Flusses
kurzschließen.
-
Ein
derartiger Rotor ist beispielsweise aus der
EP 1 456 931 B1 bekannt.
Die Aufnahmetaschen bzw. Ausnehmungen sind im Querschnitt ”länger” als die
Dauermagnete, das heißt, sie werden von diesen nicht vollständig
ausgefüllt, so dass beidseitig der Magnete hohle Abschnitte
entstehen, die die Form eines unregelmäßigen Fünfecks
hat. Im Bereich dieser hohlen Abschnitte sind schmale Blechabschnitte
der Rotorbleche vorgesehen, welche Kurzschlussstege bzw. Sättigungsstege
bilden und hauptsächlich eine mechanisch tragende Funktion
haben sollen. Vergleichbares gilt für die Veröffentlichung
DE 20 2004 016 534
U1 .
-
Auch
die
EP 1 855 370 A1 befasst
sich mit der Konstruktion eines Rotorbleches, bei welchem die Ausnehmungen
für die Permanentmagnete beidseitig hohle Abschnitte aufweisen,
die eine spezielle Form besitzen, um den magnetischen Fluss in positiver
Weise zu beeinflussen. Auch bei der insoweit bekannten Ausführungsform
sind sämtliche Rotorbleche mit Kurzschlussstegen versehen.
-
Nachteilig
bei der Konstruktion derartiger Rotoren mit zum Beispiel tangential
ausgerichteten Magneten ist die Tatsache, dass die in erster Linie konstruktiv
bedingten Kurzschlussstege bzw. Sättigungsstege einen Teil
des magnetischen Flusses kurzschließen und folglich den
Wirkungsgrad des Motors reduzieren, da die Permanentmagnete nicht optimal
ausgenutzt werden.
-
Aus
diesem Grunde sind auch Ausführungsformen bekannt, bei
denen auf Kurzschlussstege zwischen benachbarten Polschuhabschnitten
verzichtet wird. Derartige Ausführungsformen sind jedoch
in stabilitätsmäßiger Hinsicht häufig
nachteilig. Aus diesem Grunde schlägt die
US 4 469 970 einen permanentmagnetischen
Rotor vor, welcher aus einer Vielzahl von Blechen besteht, wobei
einige Bleche vorgesehen sind, bei denen die Pohlschuhabschnitte
mittels Kurzschlussstegen miteinander verbunden sind. Die Anbindung
eines solchen Blechpaketes an die Rotorwelle erfolgt über
endseitige Abschlusskappen. Im Übrigen sind die einzelnen
Bleche des Blechpaketes mit einer Vielzahl von Bohrungen versehen,
so dass die Bleche mit Hilfe von Verbindungsstangen miteinander
gekoppelt werden. Ein solcher Aufbau ist verhältnismäßig
aufwändig und weist lediglich eine begrenzte Stabilität
auf.
-
Außerdem
kennt man einen Rotor für einen Synchronmotor mit einer
Mehrzahl von in radialer Orientierung angeordneten Permanentmagneten
die um eine Welle herum angeordnet und in einer Umfangsrichtung
abwechselnd magnetisiert sind. Das Blechpaket dieses Rotors setzt
sich im Wesentlichen aus segmentförmigen Blechteilen zusammen,
welche jeweils zwischen zwei radial aus gerichteten Magneten angeordnet
sind. Ergänzend können einstückige Bleche
vorgesehen sein, bei welchen einzelne Blechabschnitte über
Stege miteinander verbunden sind. Dieser Rotor mit radial ausgerichteten
Magneten in Spezialbauweise soll eine besonders hohe Stabilität
aufweisen, um auch als Hochgeschwindigkeitsrotor einsetzbar zu sein
(vgl.
DE 694 09 889
T2 ).
-
Im Übrigen
ist es bei der Konstruktion von Statoren bekannt, diese aus einer
Vielzahl von Blechlamellen aufzubauen, wobei die einzelnen Blechlamellen
Ausnehmungen oder dergleichen aufweisen, welche die Statorwicklungen
aufnehmen sollen. In diesem Zusammenhang schlägt die
DE 34 18 069 A1 vor,
ein Blechpaket aus verschiedenen Gruppen von Lamellen zu schichten.
Auf die Konstruktion und Ausgestaltung von Rotoren eines Elektromotors hatten
derartige Entwicklungen keinen Einfluss.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen permanentmagnetischen
Rotor für einen Elektromotor, vorzugsweise für
einen Innenläufermotor, der eingangs beschriebenen Art
zu schaffen, welcher bei einfachem und kostengünstigen
Aufbau einen optimalen Wirkungsgrad erzielt und sich zugleich durch hohe
Stabilität auszeichnet.
-
Zur
Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung einen permanentmagnetischen
Rotor für einen Elektromotor, vorzugsweise für
einen Innenläufermotor, welcher ein Blechpaket aus mehreren
in axialer Richtung gestapelten Rotorblechen aufweist,
wobei
in von Ausnehmungen der Rotorbleche gebildeten Aufnahmetaschen Permanentmagnete
angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass
das Blechpaket
aus zumindest zwei verschieden geformten Rotorblechtypen zusammengesetzt
ist, wobei einerseits mehrere Rotorbleche eines ersten Rotorblechtyps
als Haltebleche vorgesehen sind, welche jeweils einen (zentralen)
Jochblechabschnitte aufweisen, der mit der Rotorwelle verbunden
oder verbindbar ist, und jeweils einen oder mehrere (äußere)
Polschuhabschnitte aufweisen, die über einen oder mehrere
Verbindungsstege oder Stegabschnitte mit dem Jochblechabschnitt
verbunden sind,
und wobei andererseits mehrere Rotorbleche
eines zweiten Rotorblechtyps als Zwischenbleche ohne Verbindungsstege
vorgesehen sind.
-
Die
Verbindungsstege oder ein oder mehrere Stegabschnitte dieser Verbindungsstege
können dabei während des Betriebes (zumindest
zeitweise) magnetisch gesättigt sein und folglich Sättigungsstege
bzw. Kurzschlussstege bilden. Die Erfindung geht dabei zunächst
einmal von der Erkenntnis aus, dass es nicht erforderlich ist, sämtliche
Bleche eines Rotors identisch auszugestalten und folglich sämtliche Bleche
eines Rotors mit Verbindungs- oder Kurzschlussstegen zu versehen,
sondern dass es vorteilhaft ist, mit unterschiedlichen Blechtypen
zu arbeiten, wobei lediglich ein Teil der verwendeten Bleche mit Kurzschlussstegen
ausgerüstet ist und bei einem anderen Teil der Bleche auf
Kurzschlussstege verzichtet wird. Unterschiedliche Blechtypen meint
im Rahmen der Erfindung insbesondere, dass diese Blechtypen unterschiedlich
geformt sind und folglich (in der Draufsicht) eine unterschiedliche
Form aufweisen. Die Bleche der unterschiedlichen Blechtypen sind
jedoch in der Regel aus demselben Material und in derselben Dicke
gefertigt. Die Erfindung umfasst jedoch auch Ausführungsformen,
bei welchen die Bleche der verschiedenen Blechtypen eine unterschiedliche Dicke
aufweisen und/oder aus unterschiedlichem Material gefertigt sind.
-
Dabei
zeichnen sich insbesondere die die Haltebleche bildenden Rotorbleche
durch hohe Stabilität aus, da die zentralen Jochblechabschnitte
mit den äußeren Polschuhabschnitten über
die Verbindungsstege miteinander verbunden sind. Damit gelingt auch
eine einfache und zuverlässige Ankopplung der einzelnen
Bleche und folglich des gesamten Blechpaketes an die Rotorwelle.
Denn die einzelnen Bleche und insbesondere die Haltebleche weisen zentrale
Jochblechabschnitte auf, welche mit zentralen Ausnehmungen versehen
sind, in welche die Rotorwelle eingesteckt werden kann. Die Anbindung
der Rotorwelle an die Bleche erfolgt demnach in einfacher Weise,
zum Beispiel durch Presssitz, ohne dass endseitige Befestigungskappen
vorgesehen sein müssen. Die Erfindung umfasst jedoch auch
Ausführungsformen mit derartigen Endkappen.
-
Die
Haltebleche weisen vorzugsweise jeweils eine oder mehrere Ausnehmungen
auf, welche als Halteausnehmungen für die Magnete ausgebildet sind
und in welche folglich die Magnete eingesetzt sind. Die Magnete
sind dabei vorzugsweise (geometrisch) in tangentialer Richtung ausgerichtet,
das heißt sie verlaufen in einer möglichen Ausführungsform
im Querschnitt orthogonal oder im Wesentlichen orthogonal zu dem
Radius des Rotors. Die Magnete können aber auch schräg
unter einem vorgegebenen Winkel zu dem Radius des Rotors angeordnet
sein, wobei bei einem mehrpoligen Rotor die einzelnen Magnete auch
in unterschiedlichen Winkeln zu dem Radius angeordnet sein können.
Jedenfalls werden Ausführungsformen bevorzugt, bei denen
die Magnetisierungsrichtung der Magnete radial oder in etwa radial
bzw. diametral oder auch schräg verläuft. Insgesamt
verläuft die Magnetisierungsrichtung im Großen
und Ganzen von innen nach außen oder umgekehrt von außen
nach innen. Grundsätzlich umfasst die Erfindung aber auch
Ausführungsformen, bei denen die Magnete (geometrisch)
radial ausgerichtet sind und die Magnetisierungsrichtung demnach
in etwa tangential verläuft.
-
Nach
einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen,
dass ein oder mehrere Rotorbleche des zweiten Typs, das heißt
Zwischenbleche, zwischen zwei axial beabstandeten Rotorblechen des
ersten Typs, das heißt Haltebleche, angeordnet sind. Dabei
kann es zweckmäßig sein, drei oder auch mehr Rotorbleche
des zweiten Typs zwischen zwei axial beabstandeten Rotorblechen
des ersten Typs anzuordnen. Die haltende Funktion der Rotorbleche
für die Magnete wird dabei im Wesentlichen bzw. ausschließlich
von den Rotorblechen des ersten Typs übernommen, da diese
vorzugsweise geschlossene Ausnehmungen als Halterung für
die zum Beispiel tangential orientierten Permanentmagnete aufweisen.
Die Erfindung hat dabei erkannt, dass es ausreichend ist, wenn diese
Haltefunktion nicht von sämtlichen Rotorblechen übernommen wird,
sondern lediglich von einem Teil der Rotorbleche, zum Beispiel von
jedem dritten, jedem vierten ... (bzw. jedem n-ten) Rotorblech.
Auf diese Weise wird die Zahl der vorhandenen Verbindungsstege welche (bereichsweise
bzw. abschnittsweise) als Kurzschlussstege wirken erheblich reduziert,
so dass damit auch der Kurzschlussfluss reduziert wird und folglich
die Ausnutzung der Permanentmagnete verbessert wird. Damit lässt
sich insgesamt ein besserer Wirkungsgrad erzielen, ohne dass die
Stabilität des Rotors darunter leidet.
-
Im
Rahmen der Erfindung meint Rotorblech bzw. Rotorblechtyp stets ein
in einer axialen Ebene angeordnetes Rotorblech. Bei der beschriebenen Ausführungsform
sind folglich in einer Ebene entweder Rotorbleche mit Verbindungs-
bzw. Kurzschlussstegen oder Rotorbleche ohne Verbindungs- bzw. Kurzschlussstege
angeordnet, wobei vorzugsweise wesentlich mehr Rotorbleche ohne
Kurzschlussstege verwendet werden, vorzugsweise zumindest zweimal so
viele, besonders bevorzugt zumindest dreimal so viele. Insbesondere
bei diesen Ausführungsformen kann es zweckmäßig
sein, wenn die Rotorbleche des ersten Blechtyps (Haltebleche) einstückig
bzw. einteilig gefertigt sind und folglich Ausnehmungen für sämtliche
Permanentmagnete aufweisen, während die Rotorbleche des
zweiten Blechtyps (Zwischenbleche) ohne die Kurzschlussstege und
ohne Aufnahmetaschen oder dergleichen vorzugsweise mehrteilig ausgebildet
sind. Diese mehrteiligen Zwischenbleche werden im Zuge der Montage
dann zwischen den Rotorblechen des ersten Blechtyps, welche Haltebleche
für die Magnete und insbesondere auch für die übrigen
Bleche bilden, gehalten bzw. fixiert.
-
Die
Erfindung umfasst nach einem weiteren Vorschlag mit selbständiger
Bedeutung jedoch auch Ausführungsformen, bei welchen das
Blechpaket zumindest Rotorbleche eines (ersten) Blechtyps aufweist,
welche jeweils mehrteilig ausgebildet sind und zumindest ein (separates)
erstes Blechteil als Halteblechteil mit einer oder mehreren Ausnehmungen aufweisen,
welches einen (zentralen) Jochblechabschnitt aufweist, der mit einer
Rotorwelle verbunden oder verbindbar ist und einen oder mehrere äußere Polschuhabschnitte
aufweist, die über einen oder mehrere Verbindungsstege
oder Stegabschnitte mit dem Jochblechabschnitt verbunden sind und
andererseits zumindest ein zweites Blechteil ohne Verbindungsstege
(und ohne Ausnehmungen) aufweist. Bei dieser Ausführungsform
bildet ein in einer axialen Ebene angeordnetes Rotorblech folglich
nicht ein Halteblech für sämtliche Permanentmagnete,
sondern lediglich ein Halteblech bzw. Halteblechteil für einen
Teil der Permanentmagneten oder gegebenenfalls auch nur einen einzigen
Permanentmagneten. Bei dieser Ausführungsform ist es dann
zweckmäßig, wenn zwei in axialer Richtung (gegebenenfalls
beabstandet) hintereinander angeordnete Bleche dieses (ersten) mehrteiligen
Blechtyps um einen vorgegebenen Winkel versetzt zueinander angeordnet
sind. Auch bei dieser Ausführungsform kann es zweckmäßig
sein, zwischen den einzelnen Blechen des ersten Blechtyps, welche
nacheinander um einen vorgegebenen Winkel gedreht zueinander angeordnet
sind, ein oder mehrere Rotorbleche des zweiten Blechtyps ohne Verbindungs-
bzw. Kurzschlussstege vorzusehen. Die Erfindung umfasst jedoch auch
Ausführungsformen, bei welchen das Blech paket ausschließlich
aus Rotorblechen dieses mehrteiligen (ersten) Blechtyps aufgebaut
ist, wobei dann von besonderer Bedeutung ist, dass diese Bleche
aus einerseits zumindest einem Halteblechteil mit Verbindungs- bzw.
Kurzschlussstegen und andererseits zumindest einem davon separaten
Blechteil ohne Verbindungs- bzw. Kurzschlussstege besteht. Der (geometrische)
Winkel, um welche die einzelnen Rotorbleche dieses ersten Blechtyps
zueinander gedreht angeordnet werden, hängt von der Polzahl
der Rotors ab. Bei einem vierpoligen Rotor kann es zweckmäßig
sein, die Rotorbleche jeweils um 90° zu drehen. Bei einem
sechspoligen Motor empfiehlt sich ein Winkel von 60° usw..
Es kann auch jeweils ein Vielfaches dieser Winkel gewählt
werden. Besonders vorteilhaft bei dieser Ausführungsform
mit einem einzigen Blechtyp ist die Tatsache, dass im Zuge der Fertigung
mit einem einzigen Stanzwerkzeug gearbeitet werden kann, da sämtliche
Rotorbleche identisch ausgebildet sind und im Zuge der Montage lediglich um
einen bestimmten Winkel verdreht zueinander montiert werden. Dennoch
werden die eingangs beschriebenen Vorteile erreicht.
-
Die
Rotorbleche des ersten Blechtyps oder die ersten Blechteile der
Rotorbleche des ersten Blechtyps sind im Rahmen der Erfindung wie
erläutert vorzugsweise als Haltebleche für die
Magnete mit jeweils einer oder mehreren Ausnehmungen für
die Magnete ausgebildet. Die (geschlossenen) Ausnehmungen sind dabei
zumindest bereichsweise von Verbindungs- und/oder Kurzschlussstegen
begrenzt. Diese als Haltebleche ausgebildeten Rotorbleche oder Rotorblechteile
weisen vorzugsweise einen zentralen Abschnitt auf, welcher mit einer
Rotorwelle verbunden oder verbindbar ist. Ferner weisen die als Haltebleche
ausgebildeten Rotorbleche oder Rotorblechteile jeweils einen oder
mehrere äußere bzw. außenumfangsseitige
Polschuhabschnitte auf. Dabei sind der oder die Polschuhabschnitte über
einen oder mehrere Verbindungsstege mit dem zentralen Jochblechabschnitt
verbunden. Außerdem können jeweils zwei benachbarte
Polschuhabschnitte über zumindest einen Verbindungs- oder
Kurzschlusssteg miteinander verbunden sein. Diese Haltebleche, welche die
Ausnehmungen für die Magnete und folglich auf die Kurzschlussstege
aufweisen, übernehmen folglich im Wesentlichen die tragende
Funktion des Blechpaketes.
-
Demgegenüber
sind die Rotorbleche des zweiten Blechtyps als Zwischenbleche ausgebildet, welche
vorzugsweise zwischen zwei axial beabstandeten Halteblechen fixiert
werden. Diese Zwischenbleche des zweiten Blechtyps, welche folglich
vollständig ohne Verbindungs- und Kurzschlussstege ausgebildet
sind, können vorzugsweise mehrteilig ausgebildet sein und
aus mehreren separaten Blechteilen bestehen. Diese separaten Blechteile
können unter anderem Polschuhbleche bilden. Dabei ist es zweckmäßig,
wenn diese mehrteiligen Rotorbleche des zweiten Blechtyps zumindest
ein zentrales Jochblechteil aufweisen, welches als Joch auf eine
Rotorwelle aufsetzbar ist oder aufgesetzt ist und darüber hinaus
ein oder mehrere außenumfangseitige Polschuhblechteile
aufweist, welche ohne Verbindung zu dem zentralen Jochblechteil
auf der Außenseite des Magneten angeordnet ist. Diese außenumfangseitigen
Polschuhblechteile bilden folglich die Polschuhe des montierten
Rotors, wobei diese Polschuhblechteile dann vorzugsweise mit den
entsprechenden Polschuhabschnitten der Haltebleche fluchten. Die
Magnete sind im Bereich dieser Zwischenbleche zwischen dem zentralen
Jochblechteil und dem äußeren Polschuhblechteil
angeordnet, wobei jedoch diese Blechteile von benachbarten Blechteilen
und insbesondere auch benachbarten Halteblechen gehalten werden,
mit denen sie verbunden sind. Ein Joch (bzw. Jochblechteil oder
Jochblechabschnitt), welches insbesondere der Ankopplung der Bleche
an die Welle dient, ist also ein ferromagnetisches Teil, welches
mindestens zwei unterschiedliche magnetische Pole (magnetisch) miteinander
verbindet, wobei ein Pol auch aus gleichnamigen Polen zusammengesetzt
sein kann. Es können folglich mehrere Magnete in einer
Tasche bzw. Ausnehmung angeordnet sein. Im Übrigen müssen
nicht sämtliche Taschen gefüllt sein.
-
Die
an den Rotorblechen des ersten Blechtyps angeordneten Verbindungsstege
können beispielsweise im Wesentlichen T-förmig
oder auch L-förmig ausgebildet sein und einen radial ausgerichteten
ersten Stegabschnitt sowie einen tangential ausgerichteten und folglich
in etwa orthogonal zu dem ersten Stegabschnitt ausgerichteten zweiten Stegabschnitt
aufweisen. Eine T-förmige Ausgestaltung der Verbindungsstege
bietet sich insbesondere bei den Halteblechen an, wobei ein solcher
T-förmiger Verbindungssteg dann mit seinem ersten tangentialen
Stegabschnitt zwei benachbarte Polschuhabschnitte verbindet. Der
dazu orthogonal angeordnete zweite Stegabschnitt verbindet dann
den tangentialen ersten Stegabschnitt mit dem zentralen Jochblechabschnitt.
Bei einer solchen Ausführungsform bildet der tangentiale
erste Stegabschnitt einen Kurzschlusssteg bzw. Sättigungssteg,
da er (stets) Bereiche mit unterschiedlichem magnetischem Potenzial miteinander
verbindet und folglich (dauerhaft) magnetisch gesättigt
ist. Demgegenüber bildet der radial ausgerichtete Stegabschnitt
bei einer solchen T-förmigen Ausführungsform im
Wesentlichen (lediglich) einen Verbindungssteg, welcher während
des Betriebs in bestimmten Winkelstellungen flussfrei ist. Die Erfindung
umfasst aber auch Ausführungsformen, bei denen die Haltebleche
nicht mit T-förmigen Verbindungsstegen ausgestattet sind
und bei denen beispielsweise auf tangential orientierte Kurzschlussstegabschnitte
vollständig verzichtet wird. So besteht beispielsweise
die Möglichkeit, dass der zentrale Jochblechabschnitt über
Verbindungsstege nicht mittelbar bzw. indirekt über einen
tangentialen Stegabschnitt mit dem Jochblechabschnitt verbunden
ist, sondern unmittelbar bzw. direkt über einen oder mehrere
(einfache) Verbindungsstege. So schlägt die Erfindung bei
einer alternativen Ausführungsform vor, dass die Verbindungsstege
als einfache gerade oder im Wesentlichen gerade Stege ausgebildet
sind, welche einen Jochblechabschnitt und einen Polschuhabschnitt
(direkt) miteinander verbinden. Derartige Stege weisen gleichsam
eine I-Form auf. Diese geraden Stege können ebenfalls tangential
oder im Wesentlichen tangential, vorzugsweise jedoch unter einem
vorgegebenen Winkel schräg zum Radius angeordnet sein und
beispielsweise die Eckbereiche eines Jochblechabschnittes mit den
Eckbereichen oder Randbereichen eines Polschuhblechabschnittes verbinden.
Bei dieser Ausführungsform besteht dann die Möglichkeit,
dass die zwei benachbarten Polschuhblechabschnitten zugeordneten
benachbarten (geraden) Stege V-förmig unter einem vorgegebenen
Winkel zueinander angeordnet sind, welcher kleiner als 90°,
aber auch größer oder gleich 90° sein kann.
-
Ein
L-förmiger Verbindungssteg bietet sich insbesondere bei
Ausführungsformen mit einem Halteblechteil an, welches
lediglich Ausnehmungen für einen Teil der Magnete aufweist.
Dann kann es zweckmäßig sein, einen Polschuhabschnitt
eines solchen Halteblechteils über einen L-förmigen
Verbindungssteg bzw. zwei L-förmige Verbindungsstege mit
dem zentralen Jochblechabschnitt zu verbinden, wobei ein solcher
L-förmiger Verbindungssteg dann einen tangential verlaufenden
ersten Stegabschnitt und einen dazu orthogonal angeordneten und
im Wesentlichen radial verlaufenden zweiten Stegabschnitt aufweist.
Bei dieser Ausführungsform bilden die beiden Stegabschnitte
und folglich der gesamte Verbindungssteg einen Kurzschlusssteg bzw.
Sättigungssteg. Auch bei diesen Ausführungsformen,
bei denen ein Halteblechteil jeweils für die Aufnahme lediglich eines
Teils der Magnete vorgesehen ist, kann mit einfachen oder geraden
Stegen gearbeitet werden, welche den Jochblechabschnitt direkt mit
dem Polschuhabschnitt verbinden. Auch bei dieser Ausführungsform
sind dann diese geraden bzw. einfachen Stege in etwa radial oder
vorzugsweise unter einem vorgegebenen Winkel zu dem Radius angeordnet.
-
Die
Polschuhe bzw. Polschuhabschnitte können eine Breite aufweisen,
welche in etwa der (im Querschnitt betrachteten) Breite der Magnete
entspricht oder geringer ist. Dieses führt zu einer Optimierung
des Feldes, insbesondere im Hinblick auf einen möglichst
sinusförmigen Verlauf. Die Erfindung umfasst jedoch auch
Ausführungsformen, bei denen die Polschuhe bzw. Polschuhabschnitte
breiter sind als die Magnete, das heißt, die Magnete sind
schmaler als die Polschuhe bzw. Polschuhabschnitte. Dieses führt
zu einer Materialeinsparung bei den Magneten.
-
Die
magnetische Flusskonzentration lässt sich durch entsprechende
Formung der einzelnen Polschuhbleche oder Polschuhabschnitte erreichen. Diese
erlauben eine Beeinflussung der Längs- und Querinduktivitäten
und damit eine Optimierung, z. B. im Hinblick auf einen sensorlosen
Betrieb bei sehr kleinen Drehzahlen oder bei Drehzahl null. Dabei kann
es zweckmäßig sein, über den Umfang des
Rotors einen ”variablen” und folglich nicht konstanten Luftspalt
vorzusehen. Dieses kann zur Minimierung der Rastmomente und Optimierung
des Drehmomentes ausgenutzt werden.
-
Nach
einem weiteren Vorschlag ist vorgesehen, dass die Ausnehmungen in
den Blechen größer als die Querschnittsfläche
der Magnete sind, so dass bei in die Ausnehmungen eingesetzten Magnete
einseitig oder beidseitig der Magnete Hohlräume gebildet
sind. Diese Hohlräume ermöglichen durch ihre Formgebung
ebenfalls eine Beeinflussung der Flussdichte, so dass das Rastmoment
gezielt vorgegeben werden kann. Die Form der Verbindungsstege bzw. Kurzschlussstege
und der Hohlräume kann so gewählt werden, dass
die Stege magnetisch sättigen.
-
Im
Zuge der Herstellung werden die einzelnen Rotorbleche in axialer
Richtung adhäsiv, stoffschlüssig, formschlüssig
und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden. Die Herstellung
kann im Wege der Stanzpaketierung erfolgen. Die Verbindung kann folglich
durch Stanznoppen und/oder durch Kleben oder alternativ oder ergänzend
auch durch Umspritzen erreicht werden. Auch Schweißverbindungen sind
nicht ausgeschlossen. Jedenfalls wird im Rahmen der Er findung gewährleistet,
dass die tragende Funktion zunächst einmal im Wesentlichen
von den Rotorblechen des ersten Blechtyps (Haltebleche) übernommen
wird, welche Verbindungs- und/oder Kurzschlussstege und folglich
vorzugsweise auch Ausnehmungen für die Permanentmagnete
aufweisen. Diese Rotorbleche des ersten Blechtyps sind folglich
(zumindest bereichsweise oder zumindest teilweise) als Haltebleche
für die Permanentmagnete und die übrigen Bleche
ausgebildet. Die Rotorbleche des zweiten Blechtyps oder auch Teile
der Rotorbleche des ersten Blechtyps, welche keine Verbindungsstege
aufweisen, können als Zwischenbleche in axialer Richtung
zwischen den Rotorblechen des ersten Blechtyps fixiert werden. Die
mit Verbindungs- oder Kurzschlussstegen ausgeführten Bleche
oder Blechteile werden folglich zur Befestigung der (mehrteiligen)
Bleche oder Blechteile herangezogen, welche keine Stege aufweisen
und im Wesentlichen die Polschuhe bilden. Die mechanische Festigkeit
wird insbesondere durch die Haltebleche oder Halteblechteile erreicht,
wobei von besondere Bedeutung ist, dass die zentralen Jochblechabschnitte
zur Erhöhung der Stabilität insbesondere gegen
Fliehkräfte über zum Beispiel radial ausgerichtete
Verbindungsstege oder Stegabschnitte mit den äußeren
Polschuhabschnitten direkt oder indirekt verbunden sind.
-
Zur
Erhöhung der Stabilität kann es zweckmäßig
sein, den Rotor bzw. das Rotorblechpaket zu umspritzen, zum Beispiel
mit einem Kunstharz oder Kunststoff. Dieses führt insbesondere
zur Erhöhung der Festigkeit. Die beim Stand der Technik
vorgesehenen Endkappen können entfallen.
-
Die
Rotorwelle kann in an sich bekannter Weise ferromagnetisch ausgeführt
sein. Damit lässt sich das Rotorjoch beim magnetischen
Fluss unterstützen.
-
Die
Erfindung umfasst auch einen Elektromotor mit zumindest einem Stator
und mit zumindest einem Rotor der beschriebenen Art. Der beschriebene
Rotor wird folglich nicht nur selbständig, sondern insbesondere
auch in Kombination mit einem geeigneten Stator unter Schutz gestellt.
In diesem Zusammenhang ist von besonderer Bedeutung, dass der erfindungsgemäße
Rotor mit verschiedensten Statortypen zusammengefasst werden kann.
Besonders eignet sich der erfindungsgemäße Rotor
für Statoren mit Zahnspulentechnik.
-
Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich Ausführungsbeispiele
darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen
-
1 ein
Blechpaket für einen erfindungsgemäßen
Permanentmagnetischen Rotor in einer ersten Ausführungsform
in perspektivischer Darstellung,
-
2 ein
Rotorblech des ersten Blechtyps des Rotors nach 1,
-
3 ein
Rotorblech des zweiten Blechtyps des Rotors nach 1,
-
4 ein
Blechpaket in abgewandelter Ausführungsform in perspektivischer
Darstellung,
-
5 ein
Rotorblech des ersten Blechtyps des Rotors nach 4,
-
6 ein
Rotorblech des zweiten Blechtyps des Rotors nach 4,
-
7 einen
vereinfachten Querschnitt durch einen Elektromotor mit einem Rotor
mit Blechpaket nach 4,
-
8 ein
Rotorblech des ersten Blechtyps (gemäß 2)
in abgewandelter Ausführungsform und
-
9 ein
Rotorblech des ersten Blechtyps (gemäß 5)
in einer weiteren Ausführungsform.
-
In
den Figuren ist (jeweils ausschnittsweise) ein permanentmagnetischer
Rotor 2 für einen Elektromotor in der Ausführungsform
als Innenläufermotor dargestellt. Ein solcher Rotor 2 weist
ein Blechpaket 3 aus mehreren in axialer Richtung gestapelten Rotorblechen 4, 4', 5 auf.
Einige der Rotorbleche weisen Ausnehmungen 6 auf. Die Rotorbleche
werden zu dem Blechpaket 3 paketiert bzw. gestapelt, so dass
die Ausnehmungen 6 dann in ihrer Gesamtheit Aufnahmetaschen 7 für
Permanentmagnete 8 bilden, welche in die Aufnahmetaschen 7 eingesetzt
werden bzw. eingesetzt sind. Die Magnete sind dabei (im Querschnitt)
im Wesentlichen (geometrisch) in tangentialer Richtung ausgerichtet,
das heißt sie verlaufen in der z. B in 2 gezeigten
Querschnittsdarstellung orthogonal oder im Wesentlichen orthogonal zum
Radius. Während die 1 bis 6 lediglich die
Blechpakete 3 bzw. Teile der Blechpakete 3 ohne Magnete
zeigen, deutet 7 in vereinfachter Darstellung
beispielhaft den Aufbau eines Motors mit einem solchen Rotor 2 mit
Blechpaket 3 und Magneten 8 an.
-
In
den Ausführungsbeispielen besteht das Blechpaket 3 aus
zumindest zwei verschieden geformten Rotorblechtypen. Es werden
einerseits mehrere Rotorbleche 4 bzw. 4' eines
ersten Rotorblechtyps verwendet, bei welchen im Bereich eines Magneten 8 und/oder
zwischen zwei benachbarten Magnete 8 ein oder mehrere Verbindungsstege 9, 9', 10 angeordnet
sind. Andererseits werden mehrere Rotorbleche 5 eines zweiten
Rotorblechtyps ohne derartige Verbindungsstege verwendet. Auf diese
Weise soll im Rahmen der Erfindung insgesamt die Anzahl der verwendeten
Verbindungsstege bzw. Kurzschlussstege reduziert werden. Damit reduziert
sich auch der Kurzschlussfluss, so dass die Permanentmagnete 8 besser
ausgenutzt werden und folglich ein höherer Wirkungsgrad
erzielt wird.
-
Dieses
soll beispielhaft zunächst anhand einer ersten Ausführungsform
gemäß 1 bis 3 erläutert
werden. Eine vergleichende Betrachtung der 1 bis 3 zeigt,
dass das Blechpaket 3 aus zwei verschieden geformten Blechtypen
zusammengesetzt wird. Es werden einerseits Rotorbleche 4 (gemäß 2)
und andererseits Rotorbleche 5 (gemäß 3)
verwendet. Die Rotorbleche 4 weisen die Ausnehmungen 6 für
die einzusetzenden und in den Figuren nicht dargestellten Magnete 8 auf.
Diese Rotorbleche 4 übernehmen bei diesem Ausführungsbeispiel
folglich die Funktion von Halteblechen 4. Sie sind in diesem
Ausführungsbeispiel einstückig gefertigt. Sie
bestehen dabei aus einem zentralen Jochblechabschnitt 13,
welcher als Joch mit der (nicht dargestellten) Rotorwelle verbunden
wird und den Polschuhabschnitten 12, welche die magnetischen Polschuhe
bilden. Ferner sind die Verbindungsstege 9, 10 erkennbar,
welche unter Bildung der Ausnehmungen 6 die Polschuhabschnitte 12 einerseits
miteinander sowie andererseits mit dem zentralen Jochblechabschnitt 13 verbinden. 1 macht
deutlich, dass zwischen zwei axial beabstandeten Rotorblechen 4 des
ersten Rotorblechtyps (und folglich Haltebleche) mehrere und vorzugsweise
zumindest drei Rotorbleche 5 des zweiten Blechtyps angeordnet sind,
welche Zwischenbleche bilden. 3 macht dabei
deutlich, dass diese Zwischenbleche 5 mehrteilig ausgebildet
sind und aus mehreren separaten Blechteilen 5a, 5b bestehen.
Dabei weist jedes Zwischenblech 5 ein zentrales Jochblechteil 5a auf,
welches als Joch mit der nicht dargestellten Rotorwelle verbunden
wird. Dieses zentrale Jochbelechteil 5a fluchtet folglich
nach erfolgter Montage mit dem zentralen Jochblechabschnitt 13 des
Halteblechs 4. Ferner weisen die Zwischenbleche 5 mehrere
außenumfangseitige Pohlschuhblechteile 5b auf,
welche ohne Verbindung zu dem zentralen Blechteil 5a auf
der Außenseite des nicht dargestellten Magneten angeordnet
sind. Diese Blechteile 5b bilden folglich ebenfalls Polschuhe
bzw. Polschuhbleche 5b. Folglich fluchten diese Polschuh-Blechteile 5b nach
erfolgter Montage mit den Polschuhabschnitten 12 der Haltebleche 4. Dies
ergibt sich aus einer vergleichenden Betrachtung der 1 bis 3.
Nach einer entsprechenden Paketierung gemäß 1 können
dann die Magnete eingesetzt werden. Im Übrigen ist erkennbar, dass
die Verbindungsstege 9, 10 in dem Ausführungsbeispiel
nach 1 bis 3 im Wesentlichen T-förmig
ausgebildet sind und einen radial ausgerichteten ersten Stegabschnitt 9 sowie
einen tangential ausgerichteten zweiten Stegabschnitt 10 aufweisen. Der
tangentiale erste Stegabschnitt 10 verbindet zwei benachbarte
Polschuhabschnitte 12 miteinander. Er wirkt dabei als Kurzschlusssteg.
Im Übrigen werden die Polschuhabschnitte 12 über
einerseits den tangentialen ersten Stegabschnitt 10 und
den radialen zweiten Stegabschnitt 9 mit dem zentralen
Abschnitt 13 verbunden, so dass die Bleche 4 insgesamt
die beschriebene tragende Funktion übernehmen können
und folglich als Haltebleche ausgebildet sind. Demgegenüber
sind die ”losen” Blechteile 5a und 5b der
Bleche 5 zwischen den Halteblechen 4 fixiert.
Es wird folglich deutlich, dass bei dem erfindungsgemäßen
Blechpaket die Anzahl der Kurzschlussstege deutlich reduziert wird.
Dennoch zeichnet sich die Erfindung durch einen einfachen und kostengünstigen
sowie stabilen Aufbau aus. Denn insbesondere durch die Verbindung
der zentralen Jochblechabschnitte 13 mit den äußeren
Polschuhabschnitten 12 über die Verbindungsstege 9, 10 und insbesondere
die radial ausgerichteten Stegabschnitte 9 wird eine hohe
Stabilität insbesondere in Bezug auf Fliehkräfte
erreicht.
-
Dieses
gilt auch für die zweite Ausführungsform nach
den 4 bis 6, bei welcher die Magnete ebenfalls
geometrisch in tangentialer Richtung ausgerichtet sind. Auch bei
dieser Ausführungsform werden einerseits Bleche 4' eines
ersten Blechtyps verwendet, welche Verbindungsstege 9, 10 aufweisen
und andererseits Bleche 5 eines zweiten Blechtyps ohne
Verbindungsstege. Im Gegensatz zu der Ausführungsform nach
den 1 bis 3 sind bei dieser Ausführungsform
die Bleche 4' des ersten Blechtyps jedoch nicht einstückig
ausgebildet und sie weisen folglich nicht Halteausnehmungen bzw.
-
Aufnahmetaschen
für sämtliche Magnete auf. Vielmehr macht 5 deutlich,
dass auch die Rotorbleche 4' des ersten Blechtyps bei dieser
Ausführungsform mehrteilig ausgebildet sind und ein erstes
Blechteil 4a als Halteblechteil aufweisen, welches mit
Verbindungsstegen 9, 10 und folglich auch Ausnehmungen 6 für
die Magnete ausgerüstet ist und mehrere zweite Blechteile 4b,
welche ohne Kurzschlussstege ausgebildet sind. Die Verbindungsstege 9, 10 sind
bei dieser Ausführungsform im Wesentlichen L-förmig
ausgebildet. Sie weisen ebenfalls einen radialen Stegabschnitt 9 und
einen tangentialen Stegabschnitt 10 auf, wobei bei dieser
Ausführungsform der gesamte Verbindungssteg mit beiden
Stegabschnitten 9 und 10 magnetisch gesättigt
ist und folglich einen Kurzschlusssteg bildet. Eine vergleichende
Betrachtung der 4 bis 6 macht
deutlich, dass bei dieser Ausführungsform jeweils zwei
in axialer Richtung hintereinander angeordnete Rotorbleche 4' des
ersten Blechtyps um einen vorgegebenen Winkel α versetzt
bzw. gedreht zueinander angeordnet sind. Dieser geometrische Winkel α beträgt
im Ausführungsbeispiel 90°. Es handelt sich um
einen vierpoligen Rotor 2. Die Blechteile 4a der
Bleche 4' bilden also auch bei dieser Ausführungsform
Haltebleche mit Ausnehmungen 6 für jedoch lediglich
einen Teil der Magnete. Durch die ”gedrehte” Anordnung
wird dann die Fixierung sämtlicher Magnete realisiert (vgl. 4).
Die Rotorbleche 4' weisen dabei wiederum einen zentralen
Abschnitt 13 für die Befestigung der Welle sowie
zwei Polschuhabschnitte 12 auf, welche über die
Kurzschlussstege 9, 10 mit dem zentralen Abschnitt 13 verbunden
sind. Ergänzend sind dann die in 5 dargestellten
Blechteile 4b der Bleche 4' vorgesehen, welche
nicht mit dem Blechteil 4a verbunden sind. Dabei zeigt 4,
dass zwischen den Blechteilen 4a der Bleche 4' die
Zwischenbleche 5, das heißt die Blechteile 5a und 5b, wie
auch die Blechteile 4b gehalten werden. Eine vergleichende
Betrachtung der 5 und 6 macht
deutlich, dass bei einer solchen Ausführungsform die Möglichkeit
besteht, sowohl das Blech 4' als auch das Blech 5 mit
einem einzigen Stanzwerkzeug herzustellen. Mit dem Stanzwerkzeug
kann in einem einzigen Stanzvorgang zunächst einmal das
Blech gemäß 5 gestanzt
werden. Sollen darüber hinaus Bleche gemäß 6 gestanzt
werden, so kann zunächst ein erster Stanzvorgang (entsprechend 5)
vorgenommen werden und anschließend das Blech bzw. das
Stanzwerkzeug um zum Beispiel 90° gedreht werden und mit
demselben Stanzwerkzeug ein weiterer Stanzvorgang vorgenommen werden,
so dass dann die Gestaltung gemäß 6 entsteht.
-
Die 4 bis 6 machen
im Übrigen deutlich, dass im Rahmen einer weiteren, nicht
explizit dargestellten Ausführungsform auch die Möglichkeit
besteht, ein Blechpaket 3 ausschließlich aus Blechen 4' des
in der 5 dargestellten Blechtyps aufzubauen. Dann werden
jeweils zwei benachbarte Bleche 4' um zum Beispiel 90° gedreht
zueinander angeordnet, so dass das Blechpaket im Gegensatz zu den
dargestellten Ausführungsformen nicht aus Blechen unterschiedlichen
Blechtyps aufgebaut ist, sondern aus Blechen eines einzigen Blechtyps,
wobei diese Bleche 4' jedoch gemäß 5 mehrteilig ausgebildet
sind und einerseits Blechteile 4a mit Kurzschlussstegen
und andererseits Blechteile 4b ohne Kurzschlussstege aufweisen.
Dieses lässt sich nicht nur bei vierpoligen Rotoren, sondern
auch bei Rotoren mit mehr als vier Polen realisieren, wobei dann
die benachbarten Bleche 4' um ein entsprechend geeigneten
Winkel verdreht zueinander angeordnet sind. Auch bei dieser Ausführungsform
besteht die Möglichkeit, die Bleche gemäß 5 mit
einem einzigen Stanzvorgang und folglich einem einzigen Stanzwerkzeug
herzustellen.
-
Während
die 1 bis 6 Ausführungsformen
zeigen, bei denen T-förmige oder L-förmige Verbindungsstege 9, 10 vorgesehen
sind, zeigen die 8 und 9 beispielhaft
abgewandelte Ausführungsformen mit einfachen und folglich
geraden oder im Wesentlichen geraden Stegen 9', welche
einen Jochblechabschnitt 13 direkt und unmittelbar mit
einem Polschuhabschnitt 12 verbinden. 8 zeigt dabei
ein Rotorblech 4 des ersten Blechtyps und folglich ein
Halteblech 4, welches in seinem grundsätzlichen
Aufbau dem Blech gemäß 2 entspricht.
Bei dieser Ausführungsform wird jedoch auf tangential ausgerichtete
Kurzschlussstege, welche zwei benachbarte Polschuhblechabschnitte 12 miteinander verbinden,
verzichtet. Stattdessen werden einfache Verbindungsstege 9' vorgesehen,
wobei ein Polschuhblechabschnitt 12 jeweils mit zwei Verbindungsstegen 9' unmittelbar
mit dem Jochblechabschnitt 13 verbunden ist. Dabei macht 8 deutlich, dass
zwei benachbarte Verbindungsstege 9', welche zwei benachbarten
Polschuhabschnitten 12 zugeordnet sind, V-förmig
unter einem vorgegebenen Winkel zueinander angeordnet sind. Dieser
Winkel hängt von der konkreten Konstruktion und insbesondere auch
von der Polzahl des Rotors ab. Grundsätzlich besteht auch
bei dieser Ausführungsform die Möglichkeit, zusätzlich
einen tangentialen Steg vorzusehen, welcher zwei benachbarte Polschuhblechabschnitte 12 unmittelbar
miteinander verbindet, so dass hier insgesamt eine dreieckige Verbindungssteg-Konstruktion
vorgesehen wäre. Eine solche Ausgestaltung ist in den Figuren
nicht dargestellt.
-
9 zeigt
im Übrigen, dass auch bei einem Halteblechteil 4',
welches lediglich einen Teil der Magnete aufnimmt, mit einfachen
bzw. geraden Verbindungsstegen 9' gearbeitet werden kann.
Bei dieser Ausführungsform ist ein Polschuhabschnitt 12 mit
jeweils zwei Verbindungsstegen 9' mit dem Jochblechabschnitt 13 verbunden. 8 und 9 machen
deutlich, dass bei diesen Ausführungsformen die Verbindungsstege
zum Beispiel die Eckbereiche eines Jochblechabschnittes 13 mit
den Eckbereichen oder Randbereichen eines Polschuhblechabschnittes 12 verbinden.
Die Verbindungsstege können dabei (exakt) in den Ecken
der Jochblechabschnitte 13 angeordnet sein (vgl. 9)
oder auch etwas versetzt bzw. beabstandet zu den Ecken (vgl. 8). Die
exakte Konstruktion gemäß 9 kann dabei
auf die Ausführungsform gemäß 8 übertragen
werden und umgekehrt. Der exakte Verlauf der Verbindungsstege 9' hängt
im Übrigen insbesondere von der Polzahl des Rotors ab,
da diese auch die geometrische Form des Jochblechabschnittes 13 beeinflusst
bzw. bestimmt. Außerdem hängt die Anordnung der
Verbindungsstege 9' von der Breite der Polschuhabschnitte 12 bezogen
auf die Breite des Jochblechabschnittes 13 bzw. die Breite
der Magnete ab. So ist in den 8 und 9 angedeutet,
dass bei diesen Ausführungsformen die Polschuhabschnitte 12 in
ihrer Breite in etwa der Breite der Magneten entsprechen.
-
7 illustriert
den Aufbau eines Elektromotors bestehend aus einem Stator 1 und
einem darin rotierend eingesetzten Rotor 2 der beschriebenen Art. 7 zeigt
dabei den Rotor gemäß Ausführungsform
nach 4 bis 6. Es ist erkennbar, dass die
Ausnehmungen 6 einen größeren Querschnitt
bzw. eine größere Querschnittsfläche
als die eingesetzten Magnete 8 aufweisen, so dass beidseitig
der Ausnehmungen Hohlräume 11 gebildet werden.
-
Im Übrigen
ist erkennbar, dass die Polschuhabschnitte 12 und/oder
die Polschuhbleche bzw. Polschuhblechteile 5b bzw. 4b in
montierten Zustand des Blechpakets außenumfangsseitig angeordnet sind.
Sie sind folglich jeweils auf einer Außenseite eines in
tangentialer Richtung orientierten Magneten 8 angeordnet,
wobei Außenseite hier die der Welle abgewandte und folglich
dem Stator zugewandte Seite des Magneten 8 meint. Jedem
Magnet ist folglich in der Regel ein Polschuhblech bzw. Polschuhblechteil oder
Polschuhabschnitt unmittelbar zugeordnet.
-
Es
versteht sich, dass die einzelnen Bleche in stabiler Weise zu dem
dargestellten Blechpaket zusammengefasst werden. Dieses kann im
Wege des Stanzpaketierens, zum Beispiel durch Stanznoppen und/oder
durch Kleben erfolgen. Ergänzend ist es häufig
zweckmäßig, das Blechpaket mit einem geeigneten
Kunststoff, zum Beispiel Kunstharz, zu umspritzen. Einzelheiten
sind in den Figuren nicht dargestellt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 1456931
B1 [0003]
- - DE 202004016534 U1 [0003]
- - EP 1855370 A1 [0004]
- - US 4469970 [0006]
- - DE 69409889 T2 [0007]
- - DE 3418069 A1 [0008]