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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
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Mit der
US 4,372,035 ist ein Elektromotor bekannt geworden, bei dem in einem Polgehäuse zwei gegenüberliegende Permanentmagnete und zwischen diesen zwei so genannte Folgepole angeordnet sind. Zur Ausbildung der Folgepole ist in der Polgehäusewand eine Kontur ausgeformt, deren bogenförmige Innenfläche den gleichen Abstand zum Rotor hat, wie die Kontur der schalenförmigen Permanentmagnete. Aufgrund des magnetischen Streuflusses in Axialrichtung ist bei einer solchen Ausführung der für die Anregung der elektrischen Wicklungen des Rotors zur Verfügung stehende magnetische Fluss reduziert, wodurch der Wirkungsgrad des Elektromotors verringert ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die Ausbildung von Bereichen im Magnetkreis des Streuflusses, die nicht oder schlecht magnetisch leitend sind, der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine deutlich gesteigert werden kann. Da die Verluste durch den Streufluss durch die Ankerwelle und die Rotorlager auftreten, werden in der Ankerwelle und/oder den Rotorlagern zumindest Teilbereiche oder diese ganzen Bauteile aus einem Material ausgebildet, das gegenüber konventionellen Bauteilen eine deutlich reduzierte magnetische Leitfähigkeit aufweisen, oder magnetisch nicht leitend ausgebildet sind. Dadurch kann die Drehmomentdicht bezogen auf den zur Verfügung stehenden Bauraum, insbesondere bei Anwendungen mit geringen zur Verfügung stehenden Einbauräumen, wie beispielsweise Schiebedachantriebe, Sitzverstellung, Heckklappenverstellung, Fensterheberantriebe und (Heck-)Wischermotoren gesteigert werden.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale möglich. Besonders bei der Ausbildung von Folgepolmotoren, bei denen Teile der Polgehäusewände als magnetische Pole ausgebildet sind, sind die magnetischen Streuflussverluste in axialer Richtung zum Rotor besonders groß, wodurch erfindungsgemäß hier der Wirkungsgrad deutlicher gesteigert werden kann, als bei reinen Permanentmagnetmotoren.
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Wenn die einander zugewandten radialen Innenseiten der Permanentmagnete dieselbe Polung aufweisen, stoßen sich diese gegenseitig ab. Dabei verlaufen die magnetischen Feldlinien ausgehend von den Permanentmagneten durch das Ankerpaket nicht zum gegenüberliegenden Permanentmagneten, sondern werden radial seitlich umgebogen und führen zu den Folgepolen der Polgehäusewand. Durch diese Abstoßung wird der magnetische Fluss auch besonders stark in Axialrichtung umgelenkt (axialer Streufluss), wo er über die Ankerwelle und die Rotorlager über das Polgehäuse wieder zurück zu den Permanentmagneten geführt wird. Durch die Ausbildung magnetisch nicht leitfähiger Bereiche im Magnetkreis des störenden Streuflusses, wird dieser deutlich reduziert und die Flussdichte für die Rotoranregung entsprechend gesteigert.
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Um eine durch die Nutung des Rotors verursachte Drehmomentschwankung zu reduzieren, jedoch aber gleichzeitig den magnetischen Fluss zwischen den Permanentmagneten und dem Rotor größtmöglich zu halten, wird die Innenkontur der Permanentmagnete und der Folgepole mit einer Polabhebung ausgebildet. Beispielsweise werden an den Permanentmagneten unterschiedliche Radien ausgebildet. Dabei weist ein mittlerer Bereich einen Innenradius auf, der maximal um 15 % größer ist, als der Rotorradius, um hier den Luftspalt möglichst gering zu halten. An den beiden benachbarten Bereichen der Permanentmagnete ist ein größerer Innenradius ausgebildet, der dazu führt, dass die Momentenwelligkeit reduziert wird. Durch die Ausbildung zweier diskreter unterschiedlichen Innenradien, bleibt im Gegensatz zu einer kontinuierlichen Polabhebung ein größerer magnetischer Fluss erhalten.
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Um den Streufluss in Axialrichtung wirkungsvoll zu unterbrechen, kann vorzugsweise das Rotorlager, das direkt am Polgehäuse angeordnet ist, aus einem magnetisch nicht leitenden Material bzw. eine magnetisch schlecht leitendem Material (verglichen mit konventionellem Eisenwerkstoff) ausgebildet werden, beispielsweise einem Kunststoff, Aluminium oder Sinterbronze.
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Ist das Rotorlager als zylindrisches oder kalottenförmiges Gleitlager ausgebildet, kann vorteilhaft die Lagerhülse oder die Lagerkalotte aus diesem, den magnetischen Streufluss unterbindendem Material hergestellt werden. Wird das zweite Rotorlager ebenfalls in einem Gehäuseteil aus magnetisch leitfähigem Material gelagert, wird auch dieses zweite Lager aus einem solchen, nicht oder schlecht magnetisch leitenden Material hergestellt.
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Das Polgehäuse ist vorteilhaft als Poltopf ausgebildet, das an einer Seite ein einteilig mit dem Poltopf ausgebildeten Boden aufweist, der bevorzugt eine Aufnahme für das Rotorlager aufweist. Bei einem solchen, mittels Tiefziehen hergestellten Polgehäuse, ist die Lageraufnahme einteilig als axialer Fortsatz am Polgehäuse angeformt, und kann zusätzlich einen Anschlag für eine Axiallagerung des Rotors aufweisen. Da bei dieser Ausführung eine Zylinderhülse oder Lagerkalotte direkt in die Gehäusewand des Polgehäuses (Lageraufnahme) eingesetzt wird, kann durch die Verwendung eines magnetisch nicht leitenden Materials – wie Sinterbronze, Aluminium oder Kunststoff – der axiale Streufluss wirksam unterbunden werden. Mittels Tiefziehen können auch Sicken für die Ausbildung der Folgepole ohne Zusatzaufwand beim Herstellen des Polgehäuses in einem Arbeitsgang angeformt werden. Dabei erstrecken sich die Sicken alle in Axialrichtung bis zu der Bodenfläche des Polgehäuses.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Ankerwelle aus einem Werkstoff ausgebildet werden, der den magnetischen Fluss durch diese in Axialrichtung zumindest deutlich reduziert. Da bei einer Ausführung der Erfindung an das freie Ende der Ankerwelle eine Getriebeschnecke angeformt, bevorzugt anrolliert werden soll, muss die Ankerwelle weiterhin aus Stahl ausgebildet sein. Jedoch kann besonders günstig ein Stahlwerkstoff verwendet werden, bei dem möglichst viele Fremdatome in das Eisengefüge eingebaut sind. Bei einem solchen hochlegierten Edelstahl ist die magnetische Leitfähigkeit gegenüber herkömmlichem Stahl deutlich reduziert. Dadurch kann auch eine magnetische Antennenwirkung der Ankerwelle verhindert werden, so dass kein nennenswerter magnetischer Fluss axial aus dem Ankerpaket austritt. Alternativ können auch nur Teilbereiche der Ankerwelle mit einem magnetisch nicht leitenden Werkstoff (beispielsweise Kunststoff oder Aluminium) ausgebildet werden, um den axialen magnetischen Fluss zu unterbrechen.
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Bei einer bevorzugten Ausführung weist die dem Polgehäuseboden gegenüberliegende offene Poltopfseite einen Flansch auf, der nach dem Zusammenbau an einem korrespondierenden Gegenflansch eines weiteren Gehäuseteils, insbesondere eines Getriebegehäuses anliegt. Unmittelbar benachbart zum Flansch ist am Polgehäuse beispielsweise ein Verbindungsbereich ausgebildet, der eine größere maximale Abessung zwischen den abgeflachten Gehäuseseiten aufweist, als die Schlüsselweite. Dieser Verbindungsbereich hat bevorzugt die gleiche Innenkontur, wie der Flansch mit zwei parallelen Innenseiten. Dieser Verbindungsbereich kann vorteilhaft ein Bürstenhalter-Bauteil aufnehmen, das sich axial über die Schnittstelle des Flansches in das benachbarte Gehäuseteil erstreckt. Am Flansch sind beispielsweise Löcher als Aufnahmen für Verbindungselemente – bevorzugt Schrauben oder Nieten – zu einem Getriebegehäuse ausgebildet. Die erfindungsgemäße Schnittstelle zwischen den Gehäuseflanschen mit dem Verbindungsbereich und dem Übergangsbereich des Polgehäuses eignet sich besonders für eine modulare Bauweise von Getriebe-Antriebseinheiten mit unterschiedlichen Elektromotoren, die mit unterschiedlichen Getriebegehäusen kombiniert werden. Dabei kann immer ein Bürstenträger-Bauteil mit einem gleichen Grundkörper verwendet werden, der axial zwischen den beiden Gehäuseteilen über den Flanschbereich hinweg angeordnet ist. Insbesondere kann das Getriebegehäuse unterschiedliche Elektroniken aufnehmen, beispielsweise eine Einschubelektronik oder eine integrierte Leiterplatte oder nur eine reduzierte Sensorik aufweisen. Ebenso ist ein Getriebegehäuse ohne Elektronik kombinierbar, bei der nur das Bürstenträgerbauteil direkt einen Anschluss-Stecker aufweist. Durch die Modul-Bauweise können erheblich Entwicklungskosten gespart werden, und unterschiedliche Anwendungen ohne Umstellung der Produktionslinien zeitnah geliefert werden. Die axiale Montage des Rotors und des Bürstenhalterbauteils in das Polgehäuse ermöglicht eine eindeutig vorgebbare Flansch-Schnittsstelle, die sich besonders günstig für den modularen Baukasten zu Kombination verschiedener Polgehäuse und Getriebegehäuse eignet. Die Ankerwelle kann vorteilhaft mit dem Rotorlager immer im Bürstenhalter-Bauteil gelagert werden. Ist das Bürstenträger-Bauteil und/oder das Getriebegehäuse aus Kunststoff gefertigt, ist es nicht notwendig dieses Rotorlager aus einem magnetisch nicht leitend Werkstoff zu fertigen, da kein magnetischer Rückschluss zum Polgehäuse besteht. In solch einem Fall ist es ausreichend, nur das eine Rotorlager im Polgehäuse – und optional zusätzlich zumindest einen Bereich der Ankerwelle – mit einem magnetisch schlecht oder nicht leitendem Werkstoff auszubilden.
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Die erfindungsgemäße elektrische Maschine, hat weiterhin den Vorteil, dass durch die Ausbildung einer maximalen Schlüsselweite des Polgehäuses zwischen den Seiten mit den beiden gegenüberliegenden Folgepolen das Gewicht und die Leistungsdichte für Verstellantriebe im Kraftfahrzeug optimiert werden kann. Insbesondere bei Anwendungen mit geringen zur Verfügung stehenden Einbauräumen, wie beispielsweise Schiebedachantriebe, Sitzverstellung, Heckklappenverstellung, Fensterheberantriebe und (Heck-)Wischermotoren, kann durch die Auslegung des Polgehäuses auf eine maximale Schlüsselweite von 35 mm bzw. in Abhängigkeit von dem notwendigen Drehmoment von maximal 30 mm ein universeller Verstellantrieb für verschiedene Anwendungen zur Verfügung gestellt werden, der bei einer optimalen Bauraumausnutzung die maximale Leistungsdichte liefert. Besonders von Vorteil ist es, die Dicke der Polgehäusewand – insbesondere im Bereich der Folgepole – in etwa 2%–7 % der Schlüsselweite auszubilden, vorzugsweise cirka 3%–4%. Bei diesem Verhältnis der Wandstärke zur Schlüsselweite liegt das Optimum zwischen der Ausbildung eines maximalen magnetischen Fluss für den Antrieb des Rotors und minimalem Gewicht des Polgehäuses bei gleichzeitiger Minimierung der Geräuschanregung aufgrund von Schwingungen des Polgehäuses. Vorteilhaft ist es, wenn die radiale Dicke der Permanentmagneten im Bereich 10%–25 % der Schlüsselweite beträgt, bevorzugt näherungsweise 15%–18 %. Bei dieser Auslegung des Magnetkreises kann bei minimalem Gewicht und minimalem Einsatz von teurem Magnetmaterial eine maximale Leistungsdichte bei dem zur Verfügung stehenden Bauraum erzielt werden. Hierbei kann beispielsweise Ferritmaterial für die Magnete verwendet werden, so dass auf die Verwendung Seltenen Erden Magnetmaterialien verzichtet werden kann. In einem axialen Bereich zwischen dem Flansch und den Sicken des Folgepols ist ein Übergangsbereich ausgebildet, in dem der Querschnitt des Polgehäuses von der Folgpolkontur mit den Sicken in den Querschnitt des Flansches übergeht, der bevorzugt zwei in etwa parallele Seiten aufweist. Die umfangsseitigen Seitenflächen der schalenförmigen Permanentmagnete weisen eine abgeschrägte oder abgerundete Außenkante und eine näherungsweise in Radialrichtung verlaufenden ersten Abschnitt auf. Dabei wird der gesamte Winkelbereich des Magnetpols optimal ausgenutzt, da die fehlende Außenkante des Permanentmagneten den magnetischen Wirkfluss kaum beeinträchtigt. Aufgrund der fehlenden Kante kann das Polgehäuse flacher hergestellt und insbesondere mittels Tiefziehen leichter an die abgeschrägte Kante angepasst werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen
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1: ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine
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2: einen Querschnitt gemäß 1
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3: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Getriebe-Antriebseinheit in Schnittdarstellung
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In 1 ist eine erfindungsgemäße elektrische Maschine 10 dargestellt, die als Elektromotor 11 ausgebildet ist. Der Elektromotor 11 ist beispielsweise Bestandteil einer Getriebe-Antriebseinheit 130, wie sie zum Verstellen eines Schiebedachs, einer Scheibe oder eines Sitzteils im Kraftfahrzeug verwendet wird. Die elektrische Maschine 10 weist einen Stator 12 auf, bei dem zwei Permanentmagnete 18 in einem Polgehäuse 16 gegenüberliegend angeordnet sind. Die Permanentmagnete 18 können beispielsweise als Ferritmagnete ausgebildet sein. Zwischen den beiden sich gegenüberliegenden Permanentmagneten 18 sind zwei sich gegenüberliegende Folgepole 22 angeordnet, die durch die Gehäusewand 26 des Polgehäuses 16 gebildet werden. Hierzu sind in abgeflachten Bereichen 20 des Polgehäuses 16 jeweils zwei Sicken 28 ausgebildet, die sich in Axialrichtung 30 erstrecken. In Umfangsrichtung 32 ist zwischen den beiden Sicken 28 der Folgepol 22 als gewölbte Polgehäusewand 26 ausgebildet, die zusammen mit den Sicken 28 und einem Haltebereich 34 für die Permanentmagnete 18 den abgeflachten Bereich 20 des Polgehäuses 16 bilden. Das Polgehäuse 16 weist eine axial offene Seite 36 auf, an der ein Flansch 38 zur Verbindung mit einem weiteren Gehäuseteil 40 ausgebildet ist. Der Flansch 38 weist Aufnahmen 42 für Verbindungselemente 25 auf, die beispielsweise als Bohrungen 43 ausgebildet sind. Durch diese Bohrungen 43 können als Verbindungselemente 25 – bevorzugt Schrauben – in einen korrespondierenden Gegenflansch 44 geschraubt werden. In den Stator 12 ist in 1 ein Rotor 14 eingefügt, wobei ein kleiner radialer Luftspalt 46 zwischen dem Rotor 14 und den diesen umgebenden Permanentmagnete 18, sowie Folgepole 22 ausgebildet ist. An der der offenen Seite 36 gegenüber liegenden Seite 33 weist das Polgehäuse 16 einen geschlossenen Polgehäuseboden 82 auf, an dem als axialer Fortsatz 85 des Polgehäuses 16 eine Aufnahme 83 für ein erstes Rotorlager 80 angeformt ist. Der Rotor 14 weist eine Ankerwelle 60 auf, auf der ein Ankerpaket 62 zur Aufnahme von elektrischen Wicklungen 64 angeordnet ist. Das Ankerpaket 62 ist beispielsweise aus einzelnen axial gestapelten Blechlamellen zusammengesetzt, die beispielsweise auf die Ankerwelle 60 aufgepresst sind. Am freien Ende 71 der Ankerwelle 60 ist eine Getriebeschnecke 72 drehfest angeordnet, die bevorzugt mittels plastischer Materialumformung, insbesondere Rollieren, aus dem Rotorwellen-Material umgeformt ist. Hierzu ist als Werkstoff für die Ankerwelle 60 Edelstahl mit einem hohen Anteil an Nichteisenanteilen verwendet, der eine sehr viel geringere magnetische Leitfähigkeit aufweist, als eine gewöhnliche Stahlwelle. Zwischen dem Ankerpaket 64 und der Getriebeschnecke 72 ist ein zweites Rotorlager 80, beispielsweise ein Zylinderlager 27 als Gleitlager ausgebildet, das in einer Lageraufnahme 83 im Getriebegehäuse 41 aufgenommen wird. Dazu weist das Zylinderlager 27 eine Lagerring 29 auf, der aus einem magnetisch nicht leitenden Material ausgebildet ist, wie beispielsweise Sinterbronze, Aluminium oder Kunststoff. Alternativ oder zusätzlich kann zwischen dem Ankerpaket 62 und dem zweiten Rotorlager 80 ein Bereich 78 mit magnetisch nicht oder gering leitendem Material ausgebildet werden, beispielsweise ein Torsionsdämpfelement aus einem Kunststoff oder einem Gummiwerkstoff.
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In 2 ist ein Schnitt quer zur Axialrichtung 30 durch den Stator 12 und den Rotor 14 der 1 dargestellt. Die Permanentmagnete 18 liegen an der Innenwand 17 des Polgehäuses 16 an und sind beispielsweise eingeklebt und/oder mittels Magnethaltefedern im Polgehäuse 16 fixiert. Die beiden Permanentmagnete 18 sind in Radialrichtung 31 gleichsinnig magnetisiert, so dass beide beispielsweise an ihrer radialen Innenseite 217 einen Südpol bilden. Über das Polgehäuse 16, das einen magnetischen Rückschluss in Umfangsrichtung 32 bildet, wird ein magnetischer Kreis zu den Folgepolen 22 erzeugt, die dann beispielsweise an der Innenseite 217 der Gehäusewand 26 des Polgehäuses 16 jeweils einen Nordpol bilden (oder umgekehrt). In 2 sind die Feldlinien 35 des magnetischen Flusses zwischen den Permanentmagneten 18 und den Folgepolen 22 eingezeichnet. Die Feldlinien 35 dringen kaum in die Ankerwelle 60 ein, weil diese aus Material mit sehr schlechter magnetischer Leitfähigkeit hergestellt ist. Durch die Abstoßung der Permanentmagnete 18 weichen die Feldlinien 35 einander aus und werden radial zu den Folgepolen 22 abgelenkt. Dabei entsteht prinzipiell auch ein magnetischer Streufluss in Axialrichtung 30, der durch das magnetisch schlecht leitende Material der Ankerwelle 60 und das magnetisch nicht leitende Material der Rotorlager 80 weitgehend verhindert wird. Da im Bereich der Folgepole 22 keine Permanentmagnete 18 angeordnet sind, ist die maximale Abmessung 25 des Polgehäuses 16 zwischen den abgeflachten Bereichen 20 deutlich geringer, als in Richtung entlang der Mittelebene 212 der beiden Permanentmagneten 18. Die maximale Abmessung 25 stellt eine Schlüsselweite 24 für den zur Verfügung stehenden Einbauraum dar, der erfindungsgemäß optimal an die entsprechende Anwendung, insbesondere an die Einbauposition im Kraftfahrzeug, angepasst wird. Diese Schlüsselweite 24 ist kleiner als 35 mm, wobei hier der Rotordurchmesser 52 beispielsweise maximal 32 mm beträgt. Bei geringerem Leistungsbedarf der elektrischen Maschine 10 und/oder bei der Verwendung von Seltenenerden Magnetmaterial für die Permanentmagnete 18 kann die Schlüsselweite 24 auch maximal nur 30 mm betragen, wobei dann der Rotordurchmesser 52 maximal 28 mm beträgt. Die Schlüsselweite 24 ist definiert als die maximale radiale Abmessung 25 des Polgehäuses 16 an den abgeflachten Bereichen 20, axial im Bereich der Folgepole 22. In 2 ist die maximale radiale Abmessung 25 an den gewölbten Bereichen der Folgepole 22 in Umfangsrichtung 32 zwischen den Sicken 28 ausgebildet. Die Wandstärke 54 des Polgehäuses 16 wird bezüglich des Gewichts, des magnetischen Fluss und der Geräuschminimierung optimiert und beträgt 3% bis 4% der Schlüsselweite 24. Je nach konkreter Anwendung für unterschiedliche Leistungen kann die Wandstärke 54 auch zwischen 2% und 7%, beispielsweise zwischen 0,8 mm und 1,8 mm liegen. Dieses Maß für die Wandstärke 54 bezieht sich auf den Winkelbereich der Folgepole 22 und der Permanentmagnete 18. Da das Polgehäuse 16 als Tiefzeihteil hergestellt wird, ist dessen Wandstärke 54 über den gesamten Umfang jedoch relativ konstant. Die radiale Wandstärke 56 der Permanentmagnete 18 beträgt aufgrund einer Optimierung der Leistungsdichte 15% bis 18% der Schlüsselweite 24, kann jedoch in Sonderfällen auch 10% bis 25 % der Schlüsselweite 24 betragen. Die Permanentmagnete 18 und die Folgepole 22 weisen eine so genannte Polabhebung 58 auf, so dass sich der Luftspalt 46 zwischen dem Rotor 14 und dem Permanentmagneten 18 bzw. den Folgepolen 22 an deren Rändern in Umfangsrichtung 32 aufweitet. Die Permanentmagnete 18 sind näherungsweise als Ringsegmente ausgebildet und erstrecken sich über einen Winkelbereich von etwa 85° bis 95°, näherungsweise möglichst 90°. Die in Umfangsrichtung 32 liegende Endseiten 94 der Permanentmagnete 18 weisen abgerundete oder abgeschrägte Kanten 26 auf, so dass das Polgehäuse 16 flacher gebaut werden kann, ohne dass dadurch der magnetische Fluss der Permanentmagnete 18 wesentlich beeinflusst wird. Das Ankerpaket 64 weist Rotorzähne 66 auf, die aus radialen Zahnschäften 68 gebildet sind, die von radial äußeren Zahnköpfen 70 abgeschlossen werden. Die elektrischen Wicklungen 64 sind radial innerhalb der Zahnköpfe 70 auf die Zahnschäfte 68 gewickelt. Die Zahnschaftbreite 72 in Umfangsrichtung 32 beträgt an der elektrischen Wicklung 64 etwa 5% bis 7% der Schlüsselweite 24, je nach Leistungsbedarf und Verstellanwendung auch 3% bis 10% der Schlüsselweite 24.
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In 3 ist ein Längsschnitt einer Getriebe-Antriebseinheit 130 dargestellt, die als elektrische Maschine 10 einen Elektromotor 11 mit Folgepolen 22 aufweist, der an einem Gehäuseteil 40 angeflanscht ist, das als Getriebegehäuses 41 ausgebildet ist, in dem ein Getriebe 55 angeordnet ist. Das Getriebe 55 ist beispielsweise als Schneckengetriebe 53 ausgebildet, bei dem die auf der Ankerwelle 60 des Elektromotors 11 angeordnete Getriebeschnecke 72 mit einem im Getriebegehäuse 41 gelagerten Schneckenrad 73 kämmt. Vom Schneckenrad 73 wird das Antriebsmoment des Elektromotors 11 an ein Abtriebselement 57 – insbesondere ein Abtriebsritzel 59 – weitergeleitet, das beispielsweise das zu verstellende Teil – insbesondere im Kraftfahrzeug – antreibt. Das Gehäuseteil 40 weist ein Elektronikgehäuse 39 zur Aufnahme einer Elektronikeinheit auf, und ist als integraler Bestandteil des Getriebegehäuses 41 ausgebildet. Das Getriebegehäuse 41 ist im Ausführungsbeispiel aus Kunststoff hergestellt, insbesondere mittels Spritzguss-Verfahren. Das Polgehäuse 16 des Elektromotors 11 ist aus Metall, insbesondere aus magnetisch leitfähigem Stahl, hergestellt und dient als magnetischer Rückschluss zwischen den Permanentmagneten 18 und den Folgepolen 22. Als erstes Rotorlager 80 ist in der Lageraufnahme 83 in dem axialen Fortsatz 85 des Polgehäuses 16 eine Lagerhülse 87 als Gleitlager angeordnet, in die die Ankerwelle 60 axial eingreift. Das Rotorlager 80, insbesondere die Lagerhülse 87, ist aus einem magnetisch nicht leitendem Werkstoff ausgebildet, vorzugsweise aus Sinterbronze, Aluminium oder Kunststoff. Dadurch wird der unerwünschte Streufluss von der Ankerwelle 60 über das Rotorlager 80 in das Polgehäuse 16 verhindert. Die Ankerwelle 60 weist als Werkstoff bevorzugt Edelstahl mit einem hohen Anteil an Nichteisenanteilen auf, der eine sehr viel geringere magnetische Leitfähigkeit aufweist, als eine gewöhnliche Stahlwelle. Dabei beträgt die Sättigungspolarisation der Ankerwelle 60 weniger als 70% der Sättigungspolarisation von reinem Eisen. Fertigungstechnisch günstig ist die Ankerwelle 60 einstückig aus einem Werkstoff gebildet, der näherungsweise homogen angeordnet ist. Dabei ist die gesamte Ankerwelle 60 als magnetisch schlecht leitender Bereich 78 ausgebildet. Alternativ kann die Ankerwelle 60 Bereiche 78 aufweisen, bei denen nur ein Teil der Ankerwelle 60 mit einem magnetisch schlecht oder nicht leitfähigem Material ausgebildet ist, das beispielsweise auch durch nachträgliche Materialumwandlung (z.B. thermisch in Austenit) erzeugt werden kann. Das zweite Rotorlager 80 ist als Kalottenlager 77 ausgebildet, bei der die Lagerkalotte 76 in einer Lageraufnahem 83 eines Bürstenträger-Bauteils 86 aus Kunststoff aufgenommen ist. Daher braucht hier die Lagerkalotte 76 nicht aus einem magnetisch nicht leitenden Werkstoff hergestellt werden. Jedoch kann eine Lagerkalotte 76 alternativ auch im axialen Fortsatz 85 des Polgehäuses 16 eingesetzt werden. Zusätzlich kann am Ende 71 der Ankerwelle 60 ein weiteres Rotorlager 80 als Stützlager ausgebildet sein, das sich radial an einem Anschlag 69 aus Kunststoff abstützt.
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Zur Fertigung der Getriebe-Antriebseinheit 130 wird nach der Fixierung der Permanentmagnete 18 der Rotor 14 und das Bürstenträger-Bauteil 86 axial in das Polgehäuse 16 eingefügt, so dass das Bürstenträger-Bauteil 86 im Verbindungsbereich 37 angeordnet ist und axial über den Flansch 38 heraus ragt. Im Bürstenträger-Bauteil 86 sind die Kohlebürsten 21 angeordnet, die mit dem auf der Ankerwelle 60 befestigtem Kollektor 21 zusammenwirken. Danach wird das Gehäuseteil 40, das als Getriebegehäuse 41 ausgebildet ist, axial über die Ankerwelle 60 auf das Bürstenträger-Bauteil 86 aufgesetzt, bis der Flansch 38 am Gegenflansch 44 des Gehäuseteils 40 anliegt. Danach werden Verbindungselemente 25 – bevorzugt Schrauben – in die Aufnahmen 42 des Flanschs 38 eingefügt und mit dem Gehäuseteil 40 verbunden.
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Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und in der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann beispielsweise die Art, die Geometrie und Materialauswahl der Rotorlager 80 an die Fertigungsprozesse oder die konkreten Leistungsanforderungen angepasst werden. Ebenso kann die Fertigung der Ankerwelle 60 entsprechend variiert werden und beispielsweise nur Teilbereiche 78 mit einem magnetisch nicht oder schlecht leitendem Material ausgebildet werden. So kann ein Kupplungsstück aus Kunststoff in die Ankerwelle 60 eingesetzt werden, oder durch eine thermische Behandlung die magnetische Leitfähigkeit in einem bestimmten Bereich deutlich reduziert werden. Die elektrische Maschine 10 findet vorzugsweise Anwendung für Stellantriebe im Kraftfahrzeug, beispielsweise zur Verstellung von Sitzteilen, Fensterscheiben Schiebedächern und Abdeckungen von Öffnungen, ist jedoch nicht auf solche Anwendungen beschränkt. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung für Rotoren 14, bei denen das Verhältnis von Länge/Durchmesser des Ankerpakets 62 kleiner als 1 ist, wobei der Rotordurchmesser beispielsweise ca. 28 mm beträgt und der Durchmesser der Ankerwelle 60 ca. 6 bis 8 mm beträgt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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