DE102012219349A1

DE102012219349A1 - Rotor for brushless electric motor in fuel pump for motor vehicle, has base body with teeth that are designed in sharp edged manner such that mechanical strains are concentrated on areas proximate to fiber based on notch effect of teeth

Info

Publication number: DE102012219349A1
Application number: DE201210219349
Authority: DE
Inventors: Bernd Osswald; Joerg Sigrist; Thomas Mueller; Johann Warga
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2014-04-24

Abstract

The rotor (1) has a ring (7) enclosing a base body (5) and made from plastic in which particles of magnetic or magnetizable material are embedded. The base body has radially outwardly protruding teeth, and the ring has recesses acting together with the teeth in a form-fit manner. Magnetization areas of the ring comprise unitary magnetic polarity, and a magnetic neutral fiber runs between the areas. The teeth are designed in a sharp edged manner such that mechanical strains are concentrated on areas proximate to the fiber based on notch effect of the teeth.

Description

Gebiet der Erfindung Field of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine Elektromaschine, insbesondere einen bürstenlosen Elektromotor, sowie eine mit einem solchen Elektromotor ausgestattete Kraftstoffpumpe für ein Kraftfahrzeug. The present invention relates to a rotor for an electric machine, in particular a brushless electric motor, as well as equipped with such an electric motor fuel pump for a motor vehicle.

Stand der Technik State of the art

Elektrische Maschinen wie beispielsweise Elektromotoren oder Generatoren weisen einen ortsfesten Stator und einen sich relativ zu diesem Stator drehbaren Rotor auf. Veränderliche Magnetfelder bewirken Kräfte zwischen dem Stator und dem Rotor und letztendlich ein Drehmoment auf den Rotor. Zur Erzeugung der Magnetfelder sind sowohl an dem Stator als auch an dem Rotor Magnete angeordnet. Electrical machines such as electric motors or generators have a stationary stator and a rotatable relative to this stator rotor. Variable magnetic fields cause forces between the stator and the rotor and ultimately a torque on the rotor. To generate the magnetic fields, magnets are arranged both on the stator and on the rotor.

Bei so genannten bürstenlosen Elektromaschinen sind an dem Rotor Permanentmagnete angeordnet. Eine Möglichkeit, einen solchen mit Permanentmagneten versehenen Rotor auszubilden, besteht darin, um einen Grundkörper, der beispielsweise mit einer Welle der Elektromaschine kraftschlüssig verbunden ist, ein Kunststoffmaterial anzuordnen, in das Partikel aus magnetischem oder magnetisierbarem Material eingebunden sind. Der Kunststoff kann beispielsweise auf den Grundkörper aufgespritzt werden, z.B. im Spritzgussverfahren. Dabei können die eingelagerten Partikel noch vor dem Aushärten des Kunststoffs, das heißt, solange der Kunststoff noch flüssig ist, beispielsweise durch Anlegen äußerer Magnetfelder in gewünschter Weise ausgerichtet beziehungsweise magnetisiert werden. Auch ein nachträgliches Magnetisieren ist möglich. Auf diese Weise können in dem auf den Grundkörper aufgebrachten Partikel-haltigen Kunststoff mehrere Bereiche verschiedener magnetischer Polarität ausgebildet werden, die für den Rotor als Permanentmagnete dienen. In so-called brushless electric machines permanent magnets are arranged on the rotor. One possibility for forming such a rotor provided with permanent magnets is to arrange a base material, which is for example frictionally connected to a shaft of the electric machine, to arrange a plastic material in which particles of magnetic or magnetizable material are incorporated. For example, the plastic may be sprayed onto the body, e.g. by injection molding. In this case, the embedded particles can be aligned or magnetized in the desired manner even before the curing of the plastic, that is, as long as the plastic is still liquid, for example by applying external magnetic fields in the desired manner. A subsequent magnetization is possible. In this way, several regions of different magnetic polarity can be formed in the particle-containing plastic applied to the base body, which serve as permanent magnets for the rotor.

Beispielsweise in der KR 2008 095 647 ist eine Rotorstruktur eines bürstenlosen Elektromotors zur Verwendung in einer Kraftstoffpumpe für ein Kraftfahrzeug beschrieben, die durch Formen eines Harzmaterials gebildet ist. For example, in the KR 2008 095 647 For example, a rotor structure of a brushless electric motor for use in a fuel pump for a motor vehicle formed by molding a resin material is described.

Der die Permanentmagnete bildende Partikel-haltige Kunststoff und der tragende Grundkörper des Rotors bestehen in der Regel aus verschiedenen Werkstoffen, da sie unterschiedlichen Anforderungen gerecht werden müssen und hierfür unterschiedliche physikalische Eigenschaften aufweisen müssen. Beispielsweise sollte der Grundkörper dazu ausgestaltet sein, eine starke und zuverlässige Verbindung zwischen der Welle des Rotors einerseits und den außen liegenden von dem Kunststoff gebildeten Permanentmagneten andererseits herstellen zu können, um auf diese Weise für eine zuverlässige Kraftübertragung von den im wechselnden Magnetfeld angetriebenen Permanentmagneten auf die Welle sorgen zu können. Ferner sollten die einzelnen Komponenten des Rotors günstige Korrosionseigenschaften aufweisen und Festigkeitsanforderungen gerecht werden. The permanent magnet forming particle-containing plastic and the main body of the rotor are usually made of different materials, since they have to meet different requirements and this must have different physical properties. For example, the base body should be designed to be able to produce a strong and reliable connection between the shaft of the rotor on the one hand and the outer permanent magnet formed by the plastic on the other hand, in order for a reliable power transmission from the permanent magnet driven in the changing magnetic field on the Wave to be able to provide. Furthermore, the individual components of the rotor should have favorable corrosion properties and meet strength requirements.

Aufgrund der unterschiedlichen in dem Rotor verwendeten Werkstoffe kann es insbesondere bei Temperaturschwankungen zwischen den Komponenten des Rotors zu thermisch bedingten mechanischen Spannungen kommen. Solche Spannungen können zu Rissen insbesondere in dem die Permanentmagnete bildenden Kunststoff führen und somit eine Schädigung des Kunststoffs und damit des Rotors bewirken. Due to the different materials used in the rotor, thermally induced mechanical stresses can occur, in particular in the case of temperature fluctuations between the components of the rotor. Such stresses can lead to cracks, in particular in the plastic forming the permanent magnets and thus cause damage to the plastic and thus to the rotor.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Ausführungsformen der vorliegend beschriebenen Erfindung ermöglichen in vorteilhafter Weise, das Risiko einer signifikanten Schädigung des Rotors aufgrund von spannungsbedingten Rissen bei dem oben beschriebenen Rotortyp zu verringern. Embodiments of the invention described herein advantageously allow to reduce the risk of significant damage to the rotor due to stress cracks in the type of rotor described above.

Es wird ein Rotor für eine Elektromaschine mit einem Grundkörper und einem den Grundkörper umgebenden Ring vorgeschlagen. Der Ring besteht aus einem Kunststoff in den Partikel aus magnetischem oder magnetisierbarem Material eingebunden sind. Der Grundkörper weist radial nach außen abragende Zähne auf und der Ring weist formschlüssig mit den Zähnen zusammenwirkende Kerben auf. Der vorgeschlagene Rotor zeichnet sich dadurch aus, dass Magnetisierungsbereiche des Rings zwischen benachbarten Kerben jeweils eine einheitliche magnetische Polarität aufweisen und benachbarten Magnetisierungsbereiche jeweils entgegengesetzte magnetische Polaritäten aufweisen, wobei entlang der Kerben jeweils eine magnetisch neutrale Faser zwischen benachbarten Magnetisierungsbereichen verläuft. In die Kerben eingreifende Zähne sind dabei derart scharfkantig ausgebildet, dass in dem Ring auftretende mechanische Spannungen aufgrund einer Kerbwirkung der Zähne auf Bereiche nahe den magnetisch neutralen Fasern konzentriert werden. A rotor for an electric machine with a base body and a ring surrounding the base body is proposed. The ring consists of a plastic in the particles of magnetic or magnetizable material are integrated. The main body has radially outwardly projecting teeth and the ring has form-fitting with the teeth cooperating notches. The proposed rotor is characterized in that magnetization regions of the ring between adjacent notches each have a uniform magnetic polarity and adjacent magnetizing regions each have opposite magnetic polarities, along the notches each extending a magnetically neutral fiber between adjacent magnetization regions. In the notches engaging teeth are formed so sharp-edged that in the ring occurring mechanical stresses are concentrated due to a notch effect of the teeth on areas near the magnetically neutral fibers.

Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Rotors können unter anderem als auf den folgenden Ideen und Erkenntnissen basierend angesehen werden: Embodiments of the rotor according to the invention may be considered inter alia as being based on the following ideas and findings:

Wie vorangehend bereits angedeutet, unterscheidet sich der Kunststoff, der den den Grundkörper umgebenden Ring bildet, im Hinblick auf seine physikalischen Materialeigenschaften meist deutlich von dem für den Grundkörper verwendeten Material. Häufig wird für den Grundkörper aus Stabilitätsgründen ein Metall verwendet, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient sich stark von demjenigen von Kunststoffen unterscheidet. Der Rotor ist sowohl im normalen Betrieb als auch insbesondere bereits während seiner Fertigung starken Temperaturschwankungen ausgesetzt. Beispielsweise wird der Kunststoff häufig bei hohen Temperaturen von mehr als 150°C auf den Grundkörper aufgespritzt und erstarrt dann beim Abkühlen. Aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der für den Grundkörper und den umgebenden Ring eingesetzten Materialien kann es dabei zu inneren mechanischen Spannungen insbesondere in dem Kunststoff des umgebenden Rings kommen. Beispielsweise schrumpft der Ring bei tiefen Temperaturen typischerweise auf den Grundkörper auf. Die mechanischen Spannungen werden noch verstärkt, wenn die Elektromaschine mit dem Rotor bei sehr tiefen Temperaturen von beispielsweise bis zu –40°C eingesetzt wird. As already indicated above, the plastic that forms the ring surrounding the base body, in terms of its physical material properties usually differs significantly from the material used for the main body. Often, a metal is used for stability of the base body for reasons of stability, the thermal Coefficient of expansion is very different from that of plastics. The rotor is exposed both during normal operation and in particular already during its production to high temperature fluctuations. For example, the plastic is often sprayed at high temperatures of more than 150 ° C on the body and then solidifies on cooling. Due to the different coefficients of thermal expansion of the materials used for the base body and the surrounding ring, internal mechanical stresses can occur, in particular in the plastic of the surrounding ring. For example, at low temperatures, the ring typically shrinks to the body. The mechanical stresses are exacerbated when the electric machine is used with the rotor at very low temperatures of, for example, down to -40 ° C.

Aus solchen mechanischen Spannungen resultierende Risse in dem Magnetpartikel-haltigen Kunststoff können die Eigenschaften des Rotors negativ beeinflussen. Insbesondere, wenn Risse durch einen Bereich des Rings verlaufen, der stark magnetisiert ist und maßgeblich bei der Erzeugung des von dem Ring zu bewirkenden permanenten Magnetfelds mitwirken soll, können aufgrund dieser Risse auch die magnetischen Eigenschaften des Rotors und damit die Effizienz der den Rotor verwendenden Elektromaschine verschlechtert werden. Ferner können die Risse zu einer Unwucht in dem Rotor führen oder an den Rissen kann Korrosion auftreten. Cracks in the magnetic particle-containing plastic resulting from such mechanical stresses can adversely affect the properties of the rotor. In particular, when cracks pass through an area of the ring which is strongly magnetized and is intended to contribute significantly to the generation of the permanent magnetic field to be effected by the ring, the magnetic properties of the rotor and thus the efficiency of the electric machine using the rotor can also be due to these cracks be worsened. Furthermore, the cracks can lead to an imbalance in the rotor or corrosion can occur at the cracks.

Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Rotors setzen nun die Idee um, den Grundkörper sowie den ihn umgebenden Ring aus magnetischem beziehungsweise magnetisierbarem Kunststoffmaterial derart auszugestalten, dass insbesondere thermisch bedingte mechanische Spannungen zwar nicht vermieden werden, aber durch solche mechanischen Spannungen bewirkte Risse vornehmlich in Bereichen des Kunststoff-Rings erzeugt werden, in denen sie einen möglichst geringen Einfluss auf die magnetischen Eigenschaften dieses Rings haben. Embodiments of the rotor according to the invention now implement the idea of designing the main body and the surrounding ring of magnetic or magnetizable plastic material in such a way that, in particular, thermally induced mechanical stresses are not avoided, but cracks caused by such mechanical stresses primarily in regions of the plastic ring be generated in which they have the least possible impact on the magnetic properties of this ring.

Hierbei wird ausgenutzt, dass eine Rissbildung durch mechanische Spannungen hauptsächlich in Bereichen auftritt, in denen einerseits die mechanischen Spannungen hoch sind und in denen andererseits eine mechanische Stabilität des unter Spannung gesetzten Materials im Vergleich zu umliegenden Bereichen verringert ist. This exploits the fact that cracking by mechanical stresses mainly occurs in areas in which on the one hand the mechanical stresses are high and on the other hand a mechanical stability of the stressed material is reduced compared to surrounding areas.

Um den Grundkörper form- und kraftschlüssig mit dem die Permanentmagneten bildenden umgebenden Ring verbinden zu können, sind an dem Grundkörper radial nach außen abragende Zähne und an dem umgebenden Ring formschlüssig und kraftschlüssig mit diesen Zähnen zusammenwirkende Kerben ausgebildet. In order to be able to positively and non-positively connect the basic body with the surrounding ring forming the permanent magnets, teeth projecting radially outwards from the base body and notches engaging with the teeth in a form-locking and force-fitting manner with these teeth are formed on the base ring.

Die Begriffe „Zähne“ und „Kerben“ sollen hierbei sehr weit ausgelegt werden und beispielsweise jede Abweichung von einer rotationssymmetrischen, zylindrischen Mantelfläche des Grundkörpers beziehungsweise Innenoberfläche des umgebenden Rings umfassen. Beispielsweise können die am Grundkörper abragenden Zähne in Form von Kanten, die sich parallel zur Längsachse des Grundkörpers erstrecken, über eine zylindrisch gedachte Mantelfläche des Grundkörpers hinaus abragen, das heißt, als sich in Längsrichtung des Grundkörpers erstreckende, nach außen abragende Kanten ausgebildet sein. Der Grundkörper kann dabei im Querschnitt eine sternförmige Gestalt aufweisen. The terms "teeth" and "notches" are intended to be interpreted very broad and include, for example, any deviation from a rotationally symmetrical cylindrical surface of the base body or inner surface of the surrounding ring. For example, the teeth projecting on the main body in the form of edges which extend parallel to the longitudinal axis of the main body, protrude beyond a cylindrical imaginary lateral surface of the main body, that is, as in the longitudinal direction of the body extending, outwardly projecting edges. The main body can have a star-shaped shape in cross-section.

Vorzugsweise ist eine gerade Anzahl von Zähnen beziehungsweise Kanten entlang des Umfangs der Mantelfläche des Grundkörpers vorgesehen. Preferably, an even number of teeth or edges along the circumference of the lateral surface of the base body is provided.

Es wurde erkannt, dass es insbesondere für die magnetischen Eigenschaften des Rotors und die ihn verwendende Elektromaschine vorteilhaft sein kann, wenn Risse, deren Entstehen nicht zuverlässig vermieden werden kann, gezielt in Bereichen provoziert werden, die für das von dem Ring zu erzeugende permanente Magnetfeld keine beziehungsweise eine untergeordnete Rolle spielen. Solche Bereiche sind insbesondere die so genannten magnetisch neutralen Fasern, das heißt, diejenigen Bereiche, in denen ein Magnetisierungsbereich einer ersten Polarität an einen Magnetisierungsbereich einer entgegengesetzten zweiten Polarität angrenzt. It has been recognized that it may be advantageous, in particular for the magnetic properties of the rotor and the electric machine using it, if cracks whose emergence can not be reliably avoided are deliberately provoked in areas which do not affect the permanent magnetic field to be generated by the ring or play a minor role. Such regions are in particular the so-called magnetically neutral fibers, that is, those regions in which a magnetization region of a first polarity adjoins a magnetization region of an opposite second polarity.

Um eine Konzentration von mechanischen Spannungen und daraus resultierenden Rissen auf die Bereiche der magnetisch neutralen Fasern bewirken zu können, wird vorgeschlagen, die neutralen Fasern durch geeignete Wahl der Magnetisierungsbereiche nahe den Kerben, in die die Zähne des Grundkörpers eingreifen, auszubilden. An diesen Kerben tritt ohnehin eine Fokussierung der mechanischen Spannungen auf. Um die mechanischen Spannungen weiter lokal zu verstärken werden die in die Kerben eingreifenden Zähne besonders scharfkantig ausgebildet, so dass sich in den Kerben eine von den Zähnen bewirkte Kerbwirkung mit lokalen Kraftspitzen einstellt. In order to be able to effect a concentration of mechanical stresses and resulting cracks on the regions of the magnetically neutral fibers, it is proposed to form the neutral fibers by suitable choice of the magnetization regions near the notches in which the teeth of the base body engage. At these notches occurs anyway focusing the mechanical stresses. In order to further strengthen the mechanical stresses locally, the teeth engaging in the notches are designed with a particularly sharp edge, so that a notch effect caused by the teeth with local force peaks is established in the notches.

Anders ausgedrückt kann der Kunststoff-Ring nahe den magnetisch neutralen Fasern aufgrund der Kerben Sollbruchstellen mit wesentlich geringerer mechanischer Stabilität aufweisen als entfernt von den magnetisch neutralen Fasern. Es können somit gezielt Schwachstellen in den von dem Kunststoff-Ring bereitgestellten Magneten vorgesehen werden, entlang derer sich die thermisch bedingten mechanischen Spannungen im Rotor konzentrieren, so dass etwaige Risse ausschließlich durch oder in der Nähe der neutralen Fasern zwischen zwei Magnetpolen verlaufen. Es kann hierdurch eine klare Rissgeometrie ohne Nebenrisse erzeugt werden, wodurch sich bei dem hier vorgeschlagenen Rotor einstellende Risse von zufällig erzeugten Rissen unterscheiden. In other words, due to the notches, the plastic ring near the magnetically neutral fibers may have predetermined breaking points with much lower mechanical stability than away from the magnetically neutral fibers. It can thus be targeted vulnerabilities are provided in the provided by the plastic ring magnet along which the thermal Concentrate fixed mechanical stresses in the rotor, so that any cracks run exclusively through or in the vicinity of the neutral fibers between two magnetic poles. It can thereby be produced a clear crack geometry without side cracks, which differ in the proposed rotor here cracks from randomly generated cracks.

Um das Auftreten von mechanischen Spannungen weiter auf die bevorzugten Bereiche nahe der magnetisch neutralen Fasern fokussieren zu können, kann der Grundkörper in Bereichen in der Nähe der Zähne jeweils eine höhere mechanische Stabilität aufweisen als in Bereichen mittig zwischen benachbarten Zähnen. In order to be able to further focus the occurrence of mechanical stresses on the preferred regions close to the magnetically neutral fibers, the base body can in each case have a higher mechanical stability in regions in the vicinity of the teeth than in regions centrally between adjacent teeth.

Der Grundkörper kann somit zwischen zwei benachbarten Zähnen, das heißt, dort, wo der Ring besonders dick ist und besonders stark zu der Erzeugung des gewünschten permanenten Magnetfeldes beiträgt, aufgrund der dort lokal reduzierten mechanischen Stabilität nachgeben, so dass in diesen kritischen Bereichen keine Risse auftreten. Risse werden allenfalls in der Nähe der Zähne, das heißt dort, wo der Grundkörper eine höhere mechanische Stabilität aufweist, erzeugt und verlaufen dann an oder in der Nähe der magnetisch neutralen Fasern, ohne das erzeugte Magnetfeld maßgeblich zu verschlechtern. The base body can thus give way between two adjacent teeth, that is, where the ring is particularly thick and contributes particularly strongly to the generation of the desired permanent magnetic field due to the locally reduced mechanical stability, so that no cracks occur in these critical areas , At best, cracks are generated in the vicinity of the teeth, that is to say where the basic body has a higher mechanical stability, and then run on or in the vicinity of the magnetically neutral fibers, without significantly impairing the generated magnetic field.

Die gewünschte höhere mechanische Stabilität in der Nähe der Zähne kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Grundkörper in den Bereichen in der Nähe der Zähne jeweils einen Versteifungssteg aufweist und in Bereichen zwischen benachbarten Zähnen angrenzend an eine Außenoberfläche des Grundkörpers jeweils einen Hohlraum aufweist. The desired higher mechanical stability in the vicinity of the teeth can be achieved, for example, in that the base body has a stiffening web in the regions in the vicinity of the teeth and in each case has a cavity adjacent to an outer surface of the base body in regions between adjacent teeth.

Die Versteifungsstege erhöhen die Stabilität des Grundkörpers nahe den Zähnen, wohingegen die Hohlräume dessen mechanische Stabilität im Bereich mittig zwischen benachbarten Zähnen lokal reduzieren. The stiffening webs increase the stability of the base body near the teeth, whereas the cavities locally reduce its mechanical stability in the area between the middle of adjacent teeth.

Die in die Kerben des Rings eingreifenden Zähne des Grundkörpers sind an ihren radial außen liegenden Enden vorzugsweise besonders scharfkantig ausgeführt. Ein Krümmungsradius der Enden kann beispielsweise kleiner als 0,5mm, vorzugsweise kleiner als 0,25mm und stärker bevorzugt kleiner als 0,1 mm gewählt sein. The engaging in the notches of the ring teeth of the body are preferably made particularly sharp-edged at their radially outer ends. For example, a radius of curvature of the ends may be less than 0.5 mm, preferably less than 0.25 mm, and more preferably less than 0.1 mm.

Die scharfkantigen Enden der Zähne können eine hohe Kerbwirkung, das heißt, lokal begrenzte Kraftspitzen innerhalb der in Eingriff stehenden Kerben des umgebenden Rings bewirken, so dass etwaige mechanische Spannungen durch die Kerbwirkung lokal konzentriert werden und resultierende Risse vornehmlich nahe den Enden der Zähne beziehungsweise Kanten auftreten. The sharp-edged ends of the teeth can provide a high notch effect, that is, localized force peaks within the engaged notches of the surrounding ring, so that any mechanical stresses due to the notch effect are locally concentrated and resulting fractures occur primarily near the ends of the teeth or edges ,

Indem die Geometrie des Rings und des Grundkörpers einerseits und die Magnetisierung des Rings andererseits derart aufeinander abgestimmt werden, dass die magnetisch neutralen Fasern in dem Ring in der Nähe der Zähne des Grundkörpers verlaufen, kann erreicht werden, dass Risse vorzugsweise an den magnetisch neutralen Fasern auftreten und somit eine Rissbildung an für eine Erzeugung des Magnetfeldes kritischen Bereichen des Rings vermieden wird. By the geometry of the ring and the base body on the one hand and the magnetization of the ring on the other hand are coordinated such that the magnetically neutral fibers in the ring in the vicinity of the teeth of the body, it can be achieved that cracks preferably occur on the magnetically neutral fibers and thus crack formation on regions of the ring which are critical for generation of the magnetic field is avoided.

Der hier vorgeschlagene Rotor für eine Elektromaschine kann besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden, indem der Partikel-haltige Kunststoff-Ring an den Grundkörper im Spritzgussverfahren angespritzt wird. The rotor proposed here for an electric machine can be produced in a particularly simple and cost-effective manner by injecting the particle-containing plastic ring onto the base body by injection molding.

Der Grundkörper kann hierzu in einer geeigneten Geometrie mit nach außen abragenden Zähnen und gegebenenfalls zwischen diesen Zähnen ausgebildeten Hohlräumen vorgefertigt werden und dann in einer Spritzgussmaschine mit dem Partikel-haltigen Kunststoff umspritzt werden. Der sich bildende Kunststoff-Ring beinhaltet automatisch die mit den vom Grundkörper abragenden Zähnen formschlüssig und kraftschlüssig zusammenwirkenden Kerben an seiner Innenoberfläche. Eine Außenoberfläche des umgebenden Rings wird durch die Form der Spritzgussmaschine vorgegeben und ist in der Regel rotationssymmetrisch, vorzugsweise zylindrisch. For this purpose, the basic body can be prefabricated in a suitable geometry with outwardly projecting teeth and, if appropriate, cavities formed between these teeth and then encapsulated in an injection molding machine with the particle-containing plastic. The forming plastic ring automatically includes the projecting from the base teeth with positive and non-positively cooperating notches on its inner surface. An outer surface of the surrounding ring is predetermined by the shape of the injection molding machine and is generally rotationally symmetric, preferably cylindrical.

Sowohl der Grundkörper als auch der Ring können jeweils einstückig ausgebildet sein. Der Grundkörper und der umgebende Ring können dabei aus verschiedenen Materialien oder Materialkombinationen bestehen. Both the base body and the ring can each be integrally formed. The main body and the surrounding ring can consist of different materials or combinations of materials.

Der beschriebene Rotor kann insbesondere für Elektromotoren, vorzugsweise bürstenlose Elektromotoren eingesetzt werden, wie sie unter anderem in Kraftstoffpumpen für Kraftfahrzeuge Verwendung finden. The rotor described can be used in particular for electric motors, preferably brushless electric motors, as used, inter alia, in fuel pumps for motor vehicles.

Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hierin teilweise mit Bezug auf den vorgeschlagenen Rotor, teilweise mit Bezug auf einen damit ausgestatteten Elektromotor oder eine Kraftstoffpumpe und teilweise mit Bezug auf ein geeignetes Herstellungsverfahren für einen solchen Rotor beschrieben sind. Ein Fachmann wird erkennen, dass die möglichen Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen in geeigneter Weise ausgetauscht oder kombiniert werden können, um auf diese Weise zu weiteren Ausführungsformen und vorzugsweise Synergieeffekten gelangen zu können. It should be understood that embodiments of the present invention are described herein in part with reference to the suggested rotor, in part with respect to an electric motor or fuel pump equipped therewith, and partially with respect to a suitable method of manufacturing such a rotor. A person skilled in the art will recognize that the possible features and advantages of embodiments can be exchanged or combined in a suitable manner in order in this way to obtain further embodiments and preferably synergy effects.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, wobei weder die Figuren noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, wherein neither the figures nor the description should be construed as limiting the invention.

1 zeigt eine Schnittansicht durch einen Rotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 shows a sectional view through a rotor according to an embodiment of the present invention.

2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Grundkörpers und eines umgebenden Kunststoff-Rings für einen Rotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 shows a perspective view of a main body and a surrounding plastic ring for a rotor according to an embodiment of the present invention.

Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche oder gleich wirkende Merkmale werden in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen betitelt. The figures are only schematic and not to scale. Identical or equivalent features are titled in the figures with the same reference numerals.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

1 zeigt eine Schnittansicht durch einen Rotor 1 eines bürstenlosen Elektromotors. An einer Welle 3 ist ein Grundkörper 5 angeordnet. Der Grundkörper 5 wird teilweise auch als Rotorcore bezeichnet. Die Welle 3 und der Grundkörper 5 können beispielsweise kraftschlüssig miteinander verpresst sein. Um den Grundkörper 5 herum und diesen umschließend ist ein Kunststoff-Ring 7 angeordnet. Um den Ring 7 in axialer Richtung zu fixieren, ist eine teilweise durch den Grundkörper 5 hindurch greifende Fixierungsvorrichtung 9 vorgesehen. 1 shows a sectional view through a rotor 1 a brushless electric motor. On a wave 3 is a basic body 5 arranged. The main body 5 is sometimes referred to as Rotorcore. The wave 3 and the main body 5 For example, they can be pressed together with a force fit. To the main body 5 around and surrounding this is a plastic ring 7 arranged. To the ring 7 to fix in the axial direction, one is partially through the body 5 intersecting fixation device 9 intended.

In 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Grundkörpers 5 und eines diesen umgebenden Kunststoffrings 7 gezeigt. Der Grundkörper 5 weist eine Außenkontur auf, die komplementär zu einer Innenkontur des umgebenden Rings 7 ist. Während sowohl ein zentral durchgehender Hohlraum in dem Grundkörper 5 zur Aufnahme der Welle 3 als auch eine äußere Mantelfläche des umgebenden Rings 7 eine zylindrische Form aufweisen, weichen die Außenoberfläche des Grundkörpers 5 und die Innenoberfläche des umgebenden Rings 7 von einer solchen zylindrischen Geometrie ab. An dem Grundkörper 5 ragen radial nach außen Zähne 11 in Form von sich in Längsrichtung des Grundkörpers 5 erstreckenden nach außen abragenden Kanten 13 ab. Die Außenkontur des Grundkörpers 5 und die Innenkontur des umgebenden Rings 7 sind so aufeinander abgestimmt, dass die Zähne 11 des Grundkörpers 5 in komplementäre Kerben 15 am Innenumfang des Rings 7 form- und kraftschlüssig eingreifen können. In 2 is a perspective view of a body 5 and a surrounding plastic ring 7 shown. The main body 5 has an outer contour that is complementary to an inner contour of the surrounding ring 7 is. While both a centrally continuous cavity in the body 5 for receiving the shaft 3 as well as an outer surface of the surrounding ring 7 have a cylindrical shape, soften the outer surface of the body 5 and the inner surface of the surrounding ring 7 from such a cylindrical geometry. At the base body 5 protrude radially outward teeth 11 in the form of itself in the longitudinal direction of the body 5 extending outwardly projecting edges 13 from. The outer contour of the main body 5 and the inner contour of the surrounding ring 7 are so matched to each other that the teeth 11 of the basic body 5 in complementary notches 15 on the inner circumference of the ring 7 can engage positively and non-positively.

Der Ring 7 besteht aus einem Kunststoffmatrixmaterial wie zum Beispiel Polyamid (PA12), in das magnetisches Material oder magnetisierbares Material wie zum Beispiel Samariumnitrid (SmN) eingelagert ist. Die magnetischen Partikel können dabei beispielsweise bereits während der Herstellung des Rings 7 durch ein äußeres Magnetfeld derart ausgerichtet werden, dass sich jeweils in einem der verdickten Bereiche 17 zwischen benachbarten Kerben 15 an der nach außen gerichteten Oberfläche des Rings 7 ein einheitlich magnetisierter Bereich 21, d.h. ein Magnetpol bildet. Nord- und Südpole sind dabei vorzugsweise abwechselnd entlang des Umfangs des Rings 7 verteilt und erzeugen das lokal variable permanente Magnetfeld des Rotors. Zwischen benachbarten magnetisierten Bereichen 21, d.h. zwischen benachbarten verdickten Bereichen 17, verlaufen Bereiche, in denen quasi keine Magnetisierung vorherrscht und die somit auch keinen signifikanten Beitrag zu dem permanenten Magnetfeld des Rotors leisten. Diese Übergangsbereiche werden als magnetisch neutrale Fasern 23 bezeichnet. The ring 7 consists of a plastic matrix material such as polyamide (PA12), in which magnetic material or magnetizable material such as samarium nitride (SmN) is embedded. The magnetic particles can, for example, already during the production of the ring 7 be aligned by an external magnetic field such that in each case in one of the thickened areas 17 between adjacent notches 15 on the outward surface of the ring 7 a uniformly magnetized area 21 ie forms a magnetic pole. North and south poles are preferably alternately along the circumference of the ring 7 distributed and generate the locally variable permanent magnetic field of the rotor. Between adjacent magnetized areas 21 ie between adjacent thickened areas 17 , Run areas in which virtually no magnetization prevails and thus also make no significant contribution to the permanent magnetic field of the rotor. These transitional areas are called magnetically neutral fibers 23 designated.

Im Bereich der Kerben 15 ist die radiale Dicke des Rings 7 im Vergleich zu den verdickten Bereichen 17 stark reduziert. Beispielsweise weist der Ring 7 an den verdickten Bereichen 17 eine Dicke von 3 bis 10 mm auf, wohingegen die Dicke im Bereich der Kerben 15 lediglich 1 bis 2 mm beträgt. Die mechanische Stabilität des Rings 7 ist daher im Bereich der Kerben 15 geringer als in dazwischen liegenden verdickten Bereichen 17. Bereits aus diesem Grund sind die Bereiche angrenzend an die Kerben 15 besonders gefährdet für eine Rissbildung infolge von thermisch bedingten mechanischen Spannungen. Hinzu kommt, dass in den verdickten Bereichen 17 eine Abkühlung auf tiefe Temperaturen besonders starke Schrumpfungstendenzen mit sich bringen kann und damit für eine weitere Erhöhung der mechanischen Spannungen insbesondere im Bereich der Kerben 15 sorgen kann. In the area of the notches 15 is the radial thickness of the ring 7 compared to the thickened areas 17 greatly reduced. For example, the ring points 7 at the thickened areas 17 a thickness of 3 to 10 mm, whereas the thickness in the area of the notches 15 only 1 to 2 mm. The mechanical stability of the ring 7 is therefore in the range of notches 15 less than in intermediate thickened areas 17 , Already for this reason, the areas are adjacent to the notches 15 particularly at risk of cracking due to thermal stress. On top of that, in the thickened areas 17 Cooling to low temperatures can bring about particularly strong shrinkage tendencies and thus for a further increase in the mechanical stresses, in particular in the area of the notches 15 can provide.

Wenn der Ring 7 den Grundkörper 5 umgibt, d.h. beispielsweise auf diesen aufgespritzt ist, ragen die kantenförmigen Zähne 11 an den ohnehin rissgefährdeten Bereichen der Kerben 15 in den Ring 7 hinein. Bei dem in 2 dargestellten Grundkörper 5 sind die Kanten 13 durch nach innen in Richtung der Welle verlaufende Stege 19 zusätzlich abgestützt. Diese Stege 19 verleihen den Kanten 13 eine besonders hohe mechanische Stabilität. Außerdem werden die Kanten 13 an ihren Enden 27 besonders scharfkantig ausgeführt. Beide Eigenschaften, d.h. die durch die Stege 19 lokal erhöhte Stabilität des Grundkörpers 5 sowie die Schärfe der Kanten 13, tragen dazu bei, dass eine Rissbildung vorzugsweise nahe den Spitzen der Kanten 13 bzw. am dünnsten Bereichs des Rings, d.h. am Grund der Kerben 15, auftritt. If the ring 7 the main body 5 surrounds, ie, for example, is sprayed on this, project the edged teeth 11 on the already vulnerable areas of the notches 15 in the ring 7 into it. At the in 2 illustrated basic body 5 are the edges 13 by inwardly extending in the direction of the shaft webs 19 additionally supported. These bridges 19 lend the edges 13 a particularly high mechanical stability. Also, the edges 13 at their ends 27 especially sharp-edged. Both properties, ie those through the webs 19 locally increased stability of the body 5 as well as the sharpness of the edges 13 , contribute to crack formation preferably near the tips of the edges 13 or at the thinnest part of the ring, ie at the bottom of the notches 15 , occurs.

Zwischen benachbarten Kanten 13 sind in dem Grundkörper 5 Hohlräume 25 ausgebildet, die die Stabilität des Grundkörper 5 lokal reduzieren, so dass in dem Kunststoff-Ring 7 auftretende mechanische Spannungen in den verdickten Bereichen 17, die sich in der Nähe dieser Hohlräume 25 befinden, durch lokales Verformen der Oberfläche des Grundkörpers 5 zumindest teilweise abgebaut werden können. Between adjacent edges 13 are in the body 5 cavities 25 formed the stability of the main body 5 reduce locally, so that in the plastic ring 7 occurring mechanical stresses in the thickened areas 17 that are close to these cavities 25 by locally deforming the surface of the body 5 at least partially degraded.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

KR 2008095647 [0004]

Claims

Rotor ( 1 ) for an electric machine, comprising a base body ( 5 ), one the main body ( 5 ) surrounding ring ( 7 ), the ring ( 7 ) consists of a plastic, are incorporated in the particles of magnetic or magnetizable material, wherein the main body ( 5 ) radially outwardly projecting teeth ( 11 ) and the ring ( 7 ) with the teeth ( 11 ) cooperating notches ( 15 ), characterized in that magnetization regions ( 21 ) of the ring ( 7 ) between adjacent notches ( 15 ) each have a uniform magnetic polarity and adjacent magnetization regions ( 21 ) each have opposite magnetic polarities, along the notches ( 15 ) each a magnetically neutral fiber ( 23 ) between adjacent magnetization regions ( 21 ) and where in the notches ( 15 ) engaging teeth ( 11 ) are formed so sharp-edged that in the ring ( 7 ) occurring mechanical stresses due to a notch effect of the teeth ( 7 ) to areas near the magnetically neutral fibers ( 23 ).

Rotor according to claim 1, wherein the ring ( 7 ) near the magnetically neutral fibers ( 23 ) due to the notches ( 15 ) Predetermined breaking points with much lower mechanical stability than away from the magnetically neutral fibers ( 23 ) having.

Rotor according to claim 1 or 2, wherein the basic body ( 5 ) in areas near the teeth ( 11 ) each have a higher mechanical stability than in areas centrally between adjacent teeth ( 11 ).

Rotor according to one of claims 1 to 3, wherein the basic body ( 5 ) in areas near the teeth ( 11 ) each have a stiffening web ( 19 ) and in areas between adjacent teeth adjacent to an outer surface of the body ( 5 ) each have a cavity ( 25 ) having.

Rotor according to one of claims 1 to 4, wherein the teeth ( 11 ) than in the longitudinal direction of the main body ( 5 ) extending outwardly projecting edges ( 13 ) are formed.

Rotor according to one of claims 1 to 5, wherein the teeth ( 11 ) at their radially outer ends ( 27 ) are sharp-edged with a radius of curvature of less than 0.5mm.

Rotor according to one of claims 1 to 6, wherein the ring ( 7 ) to the main body ( 5 ) is injected.

Rotor according to one of claims 1 to 7, wherein the basic body ( 5 ) and the ring ( 7 ) are each in one piece.

Rotor according to one of claims 1 to 8, wherein the basic body ( 5 ) and the ring ( 7 ) consist of different materials or combinations of materials.

Electric motor having a rotor ( 1 ) according to one of claims 1 to

Fuel pump for a motor vehicle having an electric motor according to claim 10.