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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung mit einem Aktor.
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Aus dem Stand der Technik sind derartige Antriebsvorrichtungen bekannt, die beispielsweise als elektrische Maschinen ausgeführt sind, z. B. als Innenläufermaschinen, bei denen der Aktor einen zugeordneten Rotor bzw. Innenläufer ausbildet. Diese Innenläufermaschinen haben zur Ermöglichung einer im Betrieb erforderlichen, magnetischen Feldlinienführung einen mit Permanentmagneten versehenen Eisenkern. Der Eisenkern ist in der Regel aus einem Weicheisenmaterial ausgebildet, und kann z. B. Stanzteile aus siliziertem Blech oder einen pulvermetallurgisch gepressten Körper aufweisen. Die Magnete können sowohl an der Mantelfläche eines zugeordneten Eisenkerns, als auch in an diesem ausgebildeten Hohlräumen angeordnet sein und aus gesintertem Pulver bestehen oder als Pulver in einer Kunststoffmatrix gebunden sein.
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Da verschiedene Magnetmaterialien unterschiedlich stark chemisch korrosiv sind, z. B. sind Magnete aus Ferrit vergleichsweise gering korrosiv und Magnete aus Neodym-Eisen-Bor sind hoch reaktiv und somit vergleichsweise stark korrosiv, werden die Magnete in der Regel mit einem Korrosionsschutz versehen. Hierbei werden die Magnete z. B. mit einer Nickel-Kupfer-Nickel-Beschichtung versehen, phosphatiert oder mit einer anderen geeigneten Korrosionsschutzschicht versehen, z. B. mit einem Lack oder einer Kunststoffumspritzung. Da auch das Weicheisenmaterial des Eisenkerns korrosiv gefährdet ist, wird auch dieser mit einem Korrosionsschutz versehen, z. B. einer in einem Badtauchverfahren erzeugten und aufgetragenen Zinnschicht oder einer anderen geeigneten Umhüllung, wie einem Schrumpfschlauch oder einer Edelstahlhülse.
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Nachteilig am Stand der Technik ist, dass die verschiedenen Bauteile eines entsprechenden Rotors jeweils getrennt voneinander mit einem zugeordneten Korrosionsschutz versehen werden, wobei in separaten Verfahren unterschiedliche Korrosionsschutzschichten ausgebildet werden. Der Einsatz dieser separaten Verfahren ist zeitaufwendig und kostenintensiv. Darüber hinaus können die hierbei erzeugten, unterschiedlichen Korrosionsschutzschichten gegenüber externen Medien, die z. B. eine entsprechende elektrische Maschine durchfließen können, unterschiedlich widerstandsfähig sein.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine neue elektrische Maschine mit einem Rotor bereit zu stellen, der einen einfachen und widerstandsfähigen Korrosionsschutz aufweist.
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Dieses Problem wird gelöst durch eine elektrische Maschine mit einem Rotor, der zumindest abschnittsweise eine Plasmabeschichtung aufweist, die einen Korrosionsschutz für den Rotor ausbildet.
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Die Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung eines Rotors mit einem robusten und zuverlässigen Korrosionsschutz.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Plasmabeschichtung als PECVD-Plasmabeschichtung ausgebildet.
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Somit kann eine Bereitstellung eines auf einfache und kostengünstige Art und Weise mit einem geeigneten Korrosionsschutz versehenen Rotors ermöglicht werden.
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Die Plasmabeschichtung weist bevorzugt ein dielektrisches Material auf. Vorzugsweise ist die Plasmabeschichtung mit einer Kohlenstoffbasis, Silizium, fluoriertem Kohlenstoff und/oder Oxiden versehen und/oder weist zumindest teilweise Nicht-, Halb- und/oder Leiterwerkstoff auf.
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Somit kann eine Bereitstellung eines mit einem widerstandsfähigen und isolierenden Korrosionsschutz versehenen Rotors ermöglicht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Plasmabeschichtung eine Schichtdicke von mindestens 0,1 μm und maximal 200 μm auf. Bevorzugt weist die Plasmabeschichtung eine Schichtdicke auf, die im Bereich von 50 μm bis 80 μm liegt.
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Die Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung eines mit einer vergleichsweise dünnen, aber dennoch sicheren und zuverlässigen Korrosionsschutzschicht versehenen Rotors.
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Der Rotor ist bevorzugt zumindest abschnittsweise magnetisch leitend ausgebildet.
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Somit kann ein einfacher und solider Rotor bereitgestellt werden.
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Der Rotor weist bevorzugt einen Eisenwerkstoff, insbesondere einen weichmagnetischen Eisenwerkstoff, auf.
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Somit kann ein robuster und unkomplizierter Rotor bereitgestellt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Rotor Bauteile mit hartmagnetischen Eigenschaften auf. Der Rotor weist bevorzugt geschichtete Elektrobleche, gepresstes Weicheisenpulver, Keramik, Kunststoff und/oder Glas auf.
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Die Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung eines kostengünstigen und zuverlässigen Rotors.
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Das Eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Ausbildung einer Korrosionsschutzschicht auf einem Rotor einer elektrischen Maschine. Eine Plasmabeschichtung wird auf dem Rotor ausgebildet, die eine vorgegebene Korrosionsschutzfähigkeit aufweist.
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Die Erfindung ermöglicht somit die Ausbildung einer robusten und zuverlässigen Korrosionsschutzschicht auf dem Rotor einer entsprechenden elektrischen Maschine.
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Die Plasmabeschichtung wird bevorzugt durch Plasma-unterstützte chemische Gasphasenabscheidung auf dem Rotor ausgebildet.
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Somit kann die Korrosionsschutzschicht auf einfache und kostengünstige Art und Weise auf dem Rotor ausgebildet werden.
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Bei der Plasma-unterstützten chemischen Gasphasenabscheidung wird bevorzugt ein dielektrisches Material als Plasmabeschichtung auf dem Rotor abgeschieden. Das dielektrische Material weist bevorzugt eine Kohlenstoffbasis, Silizium, fluorierten Kohlenstoff und/oder Oxide auf und/oder ist zumindest teilweise mit einem Nicht-, Halb und/oder Leiterwerkstoff versehen.
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Somit kann eine widerstandsfähige und isolierende Korrosionsschutzschicht am Rotor ausgebildet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform wird die Plasmabeschichtung mit einer Schichtdicke von mindestens 0,1 μm und maximal 200 μm auf den Rotor aufgebracht. Bevorzugt wird die Plasmabeschichtung mit einer Schichtdicke im Bereich von 50 μm bis 80 μm auf den Rotor aufgebracht.
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Die Erfindung ermöglicht somit die Ausbildung einer vergleichsweise dünnen, aber dennoch sicheren und zuverlässigen Korrosionsschutzschicht am Rotor.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Schnittansicht einer Antriebsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform,
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2 eine Schnittansicht des Aktors von 1 gemäß einer ersten Ausführungsform,
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3 eine Schnittansicht des Aktors von 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform,
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4 eine Schnittansicht des Aktors von 1 gemäß einer dritten Ausführungsform,
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5 eine Schnittansicht des Aktors von 1 gemäß einer vierten Ausführungsform,
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6 eine Schnittansicht des Aktors von 1 gemäß einer fünften Ausführungsform, und
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7 eine Schnittansicht des Aktors von 1 gemäß einer sechsten Ausführungsform.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt eine Antriebsvorrichtung 100, die z. B. als Antrieb für elektrische Fensterheber, Sitzversteller, Scheibenwischer, Lenkmotoren, Fahrradantriebe und/oder Pumpenantriebsmotoren, die beispielsweise zur Realisierung von Pumpenantrieben dienen, die als Nassläufer in korrosiven Medien arbeiten, wie z. B. Benzinpumpenantriebe oder Kühlwasserpumpenantriebe, in einem Kraftfahrzeug Anwendung finden kann. Die Antriebsvorrichtung 100 weist illustrativ einen zumindest abschnittsweise magnetisch leitend ausgebildeten Aktor 182 auf, der gemäß einer Ausführungsform zumindest abschnittsweise eine Plasmabeschichtung 150 aufweist.
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Der Aktor 182 kann aus einem beliebigen, nichtflüssigen und nicht gasförmigen, d. h. festen Werkstoff bestehen und weist bevorzugt einen Eisenwerkstoff, insbesondere einen weichmagnetischen Eisenwerkstoff, auf. Dieser kann z. B. mittels Stanzen, Pressen, Tiefziehen oder anderen Umformprozessen zum Aktor 182 bzw. zumindest zu einem Teil hiervon geformt werden. Gemäß einer Ausführungsform weist der Aktor 182 geschichtete Elektrobleche, gepresstes Weicheisenpulver, Keramik, Kunststoff und/oder Glas auf. Diese Materialien können beispielsweise durch eine Dotierung oder einen gezielten, dem Fachmann geläufigen Schichtaufbau mit magnetisch leitenden Schichten versehen werden. Darüber hinaus kann der Aktor 182 Bauteile (z. B. 211, 212, 213, 214 in 2) mit hartmagnetischen Eigenschaften aufweisen.
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Die Plasmabeschichtung 150 bildet gemäß einer Ausführungsform einen Korrosionsschutz für den Aktor 182 aus und hat z. B. eine Schichtdicke 155 von mindestens 0,1 μm und maximal 200 μm. Bevorzugt liegt die Schichtdicke 155 im Bereich von 50 μm bis 80 μm. Bevorzugt wird die Plasmabeschichtung 150 durch Plasma-unterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) auf dem Aktor 182 ausgebildet. Gemäß einer Ausführungsform sind der Plasma-unterstützten chemischen Gasphasenabscheidung ein oder mehrere andere Prozesse vorgelagert, z. B. eine zumindest abschnittsweise Plasmareinigung und/oder -aktivierung des Aktors 182, oder ein zumindest abschnittsweises Aufbringen einer Beschichtung, wie z. B. einer Silane-Beschichtung als Haftvermittler. Darüber hinaus können der Plasma-unterstützten chemischen Gasphasenabscheidung ein oder mehrere andere Prozesse nachgelagert sein, z. B. Temperprozesse, die dazu geeignet sind, beispielsweise ein entsprechendes Eigenschaftsprofil der PECVD-Plasmabeschichtung 150 zu einer höheren Härte hin zu verändern.
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Die PECVD-Plasmabeschichtung 150 hat eine vorgegebene Korrosionsschutzfähigkeit und weist bevorzugt ein dielektrisches Material auf, das zur Ausbildung der PECVD-Plasmabeschichtung 150 vorzugsweise bei einer geeigneten Plasma-unterstützten chemischen Gasphasenabscheidung auf dem Aktor 182 abgeschieden wird. Z. B. ist die PECVD-Plasmabeschichtung 150 mit einer Kohlenstoffbasis, Silizium, fluoriertem Kohlenstoff und/oder Oxiden versehen und/oder weist zumindest teilweise Nicht-, Halb- und/oder Leiterwerkstoff auf.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Antriebsvorrichtung 100 nach Art einer mit einem Rotor 185 versehenen elektrischen Maschine 105 ausgebildet oder weist zumindest die mit dem Rotor 185 versehene elektrische Maschine 105 auf, wobei der Aktor 182 den Rotor 185 ausbildet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Beschreibung des als Rotor 185 der elektrischen Maschine 105 ausgebildeten Aktors 182 der Antriebsvorrichtung 100 lediglich beispielhaften Charakter hat und nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen ist. Diese ist vielmehr auch bei Aktoren mit anderen Topologien anwendbar, bei denen magnetische Flussleiter im Außenläuferprinzip, als Reluktanzmotor, als Gleichstrommotor oder ähnlich aufgebaut sind. z. B. kann die vorliegende Erfindung sowohl bei Rotoren, als/auch Statoren von Gleichstrommotoren und/oder bei Ankern und/oder Statoren von elektronisch kommutierten Motoren Anwendung finden, insbesondere auch bei mit elektrischen Leitern bzw. Wicklungen ausgebildeten Statoren.
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Die elektrische Maschine 105 weist illustrativ ein zylinderförmiges Gehäuse 110 auf, in dem beispielhaft ein Stator 181 angeordnet ist, der z. B. Statorwicklungen 186 aufweist. Diese sind gemäß einer Ausführungsform am Innenumfang 112 des Gehäuses 110 angeordnet und umschließen den mit einem Rotor- bzw. Eisenkern 188 und einer Rotorwelle 190 versehenen Rotor 185. Die Rotorwelle 190 ist illustrativ um eine Drehachse 195 drehbar, z. B. zum Antrieb eines der elektrischen Maschine 105 in Richtung eines Pfeils 199 nachgelagerten Getriebes, und ragt hierzu beispielhaft aus dem Gehäuse 110 heraus. Der Rotor 185 ist zumindest abschnittweise von der als Korrosionsschutz dienenden Plasmabeschichtung 150 umschlossen. Illustrativ sind der Rotorkern 188 und ein Teil der Rotorwelle 190 von der Plasmabeschichtung 150 umschlossen. Der detaillierte Aufbau und die Funktionsweise einer geeigneten elektrischen Maschine sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt, sodass hier zwecks Knappheit der Beschreibung auf eine eingehende Beschreibung verzichtet wird.
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2 zeigt eine erste Ausführungsform des an der Rotorwelle 190 von 1 angeordneten Rotorkerns 188 von 1 mit der Plasmabeschichtung 150 von 1. Der Rotorkern 188 hat in 2 illustrativ einen Weicheisenkörper 288, an dem beispielhaft vier quaderförmige Permanentmagnete 211, 212, 213, 214 in einer sogenannten vergrabenen Anordnung vorgesehen sind. Hierzu sind die Permanentmagnete 211, 212, 213, 214 in an dem Weicheisenkörper 288 ausgebildete, taschenartige Ausnehmungen 221, 222, 223 bzw. 224 versenkt bzw. eingeschoben und darin befestigt, z. B. eingepresst. Die taschenartigen Ausnehmungen 221, 222, 223, 224 haben illustrativ eine tangentiale Ausrichtung relativ zur Rotorwelle 190.
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Die Permanentmagnete 211, 212, 213, 214 sowie die unten stehend bei den 3 bis 7 beschriebenen Permanentmagnete können aus einer Vielzahl unterschiedlicher, geeigneter Magnetmaterialien ausgebildet sein. Derartige geeignete Magnetmaterialien umfassen z. B. Ferrit, Neodym-Eisen-Bor, Samarium-Cobalt oder Kunststoffgebundene Magnetmaterialien, wie beispielsweise Kunststoffgebundenes Ferrit oder Kunststoffgebundenes Neodym-Eisen-Bor.
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Der Weicheisenkörper 288 und die darin angeordneten Permanentmagnete 211, 212, 213, 214 sind von der Plasmabeschichtung 150 ummantelt, wobei auch jeder der Permanentmagnete 211, 212, 213, 214 eine separate Plasmabeschichtung aufweisen kann. Die Rotorwelle 190 kann vollständig oder zumindest wie bei 1 beschrieben abschnittsweise von der Plasmabeschichtung 150 ummantelt sein.
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3 zeigt eine zweite Ausführungsform des an der Rotorwelle 190 von 1 angeordneten Rotorkerns 188 von 1 mit der Plasmabeschichtung 150 von 1. Der Rotorkern 188 hat in 3 illustrativ einen Weicheisenkörper 388, an dem beispielhaft acht quaderförmige Permanentmagnete 311, 312, 313, 314, 315, 316, 317, 318 in einer vergrabenen Anordnung in zugeordneten taschenartigen Ausnehmungen 321, 322, 323, 324, 325, 326, 327 bzw. 328 angeordnet sind, die illustrativ eine radiale Ausrichtung relativ zur Rotorwelle 190 aufweisen.
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Der Weicheisenkörper 388 und die darin angeordneten Permanentmagnete 311, 312, 313, 314, 315, 316, 317, 318 sind von der Plasmabeschichtung 150 ummantelt, wobei auch jeder der Permanentmagnete 311, 312, 313, 314, 315, 316, 317, 318 eine separate Plasmabeschichtung aufweisen kann. Die Rotorwelle 190 kann vollständig oder zumindest wie bei 1 beschrieben abschnittsweise von der Plasmabeschichtung 150 ummantelt sein.
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4 zeigt eine dritte Ausführungsform des an der Rotorwelle 190 von 1 angeordneten Rotorkerns 188 von 1 mit der Plasmabeschichtung 150 von 1. Der Rotorkern 188 hat in 4 illustrativ einen Weicheisenkörper 488, an dem beispielhaft vier ringabschnittförmige Permanentmagnete 411, 412, 413, 414 in einer vergrabenen Anordnung in zugeordneten taschenartigen Ausnehmungen 421, 422, 423 bzw. 424 angeordnet sind. Diese sind illustrativ in peripherer Ausrichtung relativ zur Rotorwelle 190 am Außenumfang des Weicheisenkörpers 488 unter Verwendung eines den Weicheisenkörper 488 zumindest abschnittsweise ummantelnden Weicheisenrings 430 ausgebildet.
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Der Weicheisenkörper 488 und die darin angeordneten Permanentmagnete 411, 412, 413, 414 sind von der Plasmabeschichtung 150 ummantelt, wobei auch jeder der Permanentmagnete 411, 412, 413, 414 eine separate Plasmabeschichtung aufweisen kann. Die Rotorwelle 190 kann vollständig oder zumindest wie bei 1 beschrieben abschnittsweise von der Plasmabeschichtung 150 ummantelt sein.
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5 zeigt eine vierte Ausführungsform des an der Rotorwelle 190 von 1 angeordneten Rotorkerns 188 von 1 mit der Plasmabeschichtung 150 von 1. Der Rotorkern 188 hat in 5 illustrativ einen Weicheisenkörper 588, an dessen Außenumfang beispielhaft vier ringabschnittförmige Permanentmagnete 511, 512, 513, 514 in einer sogenannten Oberflächenanordnung befestigt sind, z. B. angeklebt.
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Der Weicheisenkörper 588 und die daran angeordneten Permanentmagnete 511, 512, 513, 514 sind von der Plasmabeschichtung 150 ummantelt, wobei die Plasmabeschichtung 150 auch zwischen den Permanentmagneten 511, 512, 513, 514 und dem Weicheisenkörper 588 ausgebildet sein kann. Die Rotorwelle 190 kann vollständig oder zumindest wie bei 1 beschrieben abschnittsweise von der Plasmabeschichtung 150 ummantelt sein.
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6 zeigt eine fünfte Ausführungsform des an der Rotorwelle 190 von 1 angeordneten Rotorkerns 188 von 1 mit der Plasmabeschichtung 150 von 1. Der Rotorkern 188 hat in 6 illustrativ einen Weicheisenkörper 688, an dessen Außenumfang beispielhaft ein ringförmiger Permanentmagnet 611 in Oberflächenanordnung befestigt ist, z. B. aufgepresst.
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Der Permanentmagnet 611 und zumindest die Stirnseiten des Weicheisenkörpers 688 sind von der Plasmabeschichtung 150 ummantelt, wobei die Plasmabeschichtung 150 auch zwischen dem Permanentmagnet 611 und dem Weicheisenkörper 688 ausgebildet sein kann. Die Rotorwelle 190 kann vollständig oder zumindest wie bei 1 beschrieben abschnittsweise von der Plasmabeschichtung 150 ummantelt sein.
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7 zeigt eine sechste Ausführungsform des an der Rotorwelle 190 von 1 angeordneten Rotorkerns 188 von 1 mit der Plasmabeschichtung 150 von 1. Der Rotorkern 188 wird in 7 illustrativ von einem ringförmigen Permanentmagneten 711 ausgebildet, der in einer sogenannten Ringanordnung an der Rotorwelle 190 befestigt ist, z. B. aufgepresst.
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Der Permanentmagnet 711 ist von der Plasmabeschichtung 150 ummantelt. Die Rotorwelle 190 kann vollständig oder zumindest wie bei 1 beschrieben abschnittsweise von der Plasmabeschichtung 150 ummantelt sein.
