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Die Erfindung betrifft einen elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eine bürstenlose elektrische Maschine, vorzugsweise einen Kühlerlüftermotor, sowie einen Rotor.
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Bürstenlose Elektromotoren weisen üblicherweise einen Rotor auf, der mittels eines Stators in eine Rotationsbewegung versetzt wird. Hierfür umfasst der Stator eine Anzahl von Spulen, die mittels einer Elektronik bestromt werden. Die Spulen sind in drei Gruppen unterteilt, wobei die einzelnen Gruppen entweder in einer sogenannten Dreiecksschaltung oder aber einer Sternschaltung miteinander elektrische kontaktiert sind. Hierbei ist mittels jeder Gruppe eine Phase realisiert, und mittels der Spulen wird im Betrieb ein rotierendes Magnetfeld erzeugt, das den Rotor antreibt.
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Der Rotor selbst ist permanenterregt. Mit anderen Worten sind an dem Rotor Permanentmagnete angebracht, die mit dem von dem Stator erzeugten Magnetfeld wechselwirken. Hierbei liegen die Permanentmagneten in Taschen eines Rotorkörpers ein, wobei als Rotorkörper meist ein Blechpaket verwendet wird, dessen einzelne Bleche senkrecht zur Rotorachse angeordnet sind. Die Bleche liegen über eine elektrisch isolierende Lackschicht aneinander an, um ein Ausbreiten von parasitären Wirbelströmen in dem Rotorkörper zu verhindern, die sonst den Wirkungsgrad des Elektromotors schmälern würden. Hierbei bestehen die einzelnen Bleche aus einem ferromagnetischen Material, meist Eisen oder einer Eisenlegierung. Dies bedingt ein vergleichsweise hohes Gewicht des Rotorkörpers und somit eine vergleichsweise hohe Trägheit, was die Regelung des Elektromotors erschwert.
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Die Taschen und die Permanentmagnete selbst weisen jeweils einen quaderförmigen Querschnitt senkrecht zur Rotorachse auf und sind radial nach Art von Speichen angeordnet. Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad der elektrischen Maschine und ein geeignet geformtes Magnetfeld der Permanentmagneten zu erhalten sind die Permanentmagnete so weit wie möglich radial nach außen in Richtung des Stators versetzt und die Taschen auf Seiten des Stators geöffnet. Die Taschen weisen üblicherweise an deren jeweiligem radialem äußerem Freiende aufeinander zu gerichtet Vorsprünge auf, um die radiale Öffnung der Taschen im Vergleich zu Größe des jeweiligen Permanentmagneten zu verringern. Die Permanentmagnete werden somit in radialer Richtung von den Vorsprüngen gehalten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete elektrische Maschine und einen besonders geeigneten Rotor einer elektrischen Maschine anzugeben, deren Gewicht, Trägheit und Herstellungskosten vorteilhafterweise reduziert sind.
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Hinsichtlich der elektrischen Maschine wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Rotors durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Varianten, Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die elektrische Maschine weist einen Rotor auf, der vorzugsweise innerhalb eines Stators um eine Rotorachse drehbar gelagert ist. Mit anderen Worten handelt es sich bei der elektrischen Maschine um einen Innenläufer. Der Stator umfasst geeigneterweise mindestens eine Spule, die bei einer Verwendung der elektrischen Maschine als Elektromotor mittels einer Elektronik bestromt wird, und der Elektromotor ist insbesondere bürstenlos ausgeführt. Bei einer Verwendung der elektrischen Maschine als Generator wird eine Spannung an der Spule abgegriffen. Unter elektrischer Maschine wird folglich ein bürstenloser Elektromotor (Gleichstrommotor) oder eine Synchronmaschine, jedoch auch ein Generator verstanden. Die elektrische Maschine ist Bestandteil eines Kraftfahrzeugs und z. B. ein Kühlerlüftermotor. Mit anderen Worten dient der Elektromotor der Bewegung eines Lüfterrads zur Erzeugung eines Luftstroms, mittels dessen Luft durch ein Kühlernetz gesaugt oder gedrückt wird.
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Die elektrische Maschine umfasst ein Blechpaket, das vorzugsweise Bestandteil des Rotors der elektrischen Maschine ist, die insbesondere als Innenläufer ausgestaltet ist. Das Blechpaket umfasst zumindest zwei Blechlagen, wobei jede der Lagen geeigneterweise aus einem Blech gefertigt ist, beispielsweise in Stanztechnik. Das Blech besteht zweckmäßigerweise aus einem ferromagnetischen Material, z. B. Eisen. Geeigneterweise ist das Blech beschichtet, was einerseits eine Oxidation verhindert oder verringert und andererseits einen elektrischen Kurzschluss zwischen jeder der Blechlage und einem weiteren elektrisch leitfähigen Bauteil der elektrischen Maschine vermeidet. Hierfür ist zweckmäßigerweise das Material der Beschichtung sauerstoffundurchlässig und/oder elektrisch isolierend. Die Dicke der Beschichtung ist hierbei im Vergleich zur Dicke des Blechs im Wesentlichen vernachlässigbar und zweckmäßigerweise geringer als ein Hundertstel hiervon. Das Blechpaket umfasst insbesondere eine Anzahl von Blechlagen, wobei die Anzahl der Blechlagen vorzugsweise mehr als 10, 50 oder 100 beträgt. Die Anzahl der Blechlagen ist geeigneterweise geringer als 1000, 900 oder 800.
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Zweckmäßigerweise sind die Blechlagen gleich geformt. Mit anderen Worten besteht kein Unterschied zwischen den einzelnen Blechlagen mit Ausnahme beispielsweise deren Positionierung oder Ausrichtung. Jede der Blechlagen erstreckt sich im Wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur axialen Richtung der elektrischen Maschine, also einer Richtung, die parallel zur Achse ist, um die der Rotor der elektrischen Maschine bei Betrieb rotiert (Rotationsachse). Die einzelnen Blechlagen sind in axialer Richtung aufeinander gestapelt, wobei sich die einzelnen Blechlagen bei einer Projektion auf einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse vorzugsweise gegenseitig überdecken. Insbesondere sind die einzelnen Blechlagen zueinander konzentrisch angeordnet, wobei insbesondere der jeweilige Mittelpunkt auf der Rotationsachse liegt. Beispielsweise sind die einzelnen Blechlagen jeweils rotationssymmetrisch bezüglich der Rotationsachse oder aber drehsymmetrisch, also symmetrisch bezüglich einer Drehung um einen bestimmten Winkel, wobei der Winkel zweckmäßigerweise 360° geteilt durch eine ganze Zahl ist.
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Die beiden Blechlagen sind aneinander abgestützt, also in direktem mechanischem Kontakt miteinander, wobei der mechanische Kontakt mittels einer Anlagestelle gebildet ist. Insbesondere ist jede Blechlage oder zumindest die Mehrzahl der Blechlagen des Blechpakets, sofern dieses eine Anzahl derartiger Blechlagen aufweist, an der jeweils benachbarten Blechlage abgestützt, also in direktem mechanischem Kontakt mit dieser, wobei der mechanische Kontakt mittels jeweils einer Anlagestelle gebildet ist. Die in axialer Richtung außen liegenden Blechlagen sind jeweils lediglich an einer weiteren Blechlage abgestützt, wohingegen die sich dazwischen befindenden Blechlagen mit jeweils zwei weiteren Blechlagen in direktem mechanischem Kontakt sind. Folglich sind diese Blechlagen in axialer Richtung an beiden Seiten mit jeweils einer weiteren Blechlage abgestützt. Infolge der Abstützung ist die Stabilität des Blechpakets erhöht, da zumindest in axialer Richtung eine Bewegung der Blechlagen mittels jeweils der benachbarten Blechlagen unterbunden ist. Die Anlagestelle ist beispielsweise punktuell ausgestaltet. Bevorzugt ist die Anlagestelle flächig und z. B. ring- oder kreisförmig, was zu einer erhöhten Stabilität führt.
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Zwischen den benachbarten Blechlagen ist ferner ein Luftspalt gebildet. Mit anderen Worten sind die benachbarten Blechlagen mit Ausnahme der jeweiligen Anlagestelle nicht in direktem mechanischem Kontakt sondern zueinander beabstandet. Sofern jede Blechlage oder zumindest die Mehrzahl der Blechlagen des Blechpakets an der jeweils benachbarten Blechlage abgestützt ist, ist zwischen diesen insbesondere jeweils ein Luftspalt gebildet. Die Anzahl der Luftspalte ist hierbei um eines geringer als die Anzahl der derartigen Blechlagen des Blechpakets. Aufgrund des Luftspalts ist die Dichte des Blechpakets und folglich auch dessen Gewicht reduziert, was zu einer Verminderung der Trägheit des Rotors führt, sofern das Blechpaket Bestandteil des Rotors ist. Infolgedessen ist eine Ansteuerung der elektrischen Maschine vereinfacht, sofern diese als Elektromotor Verwendung findet. Die Verringerung des Gewichts bewirkt hierbei einen Wirkungsgradzuwachs, der größer ist als die Abnahme des Drehmomentverlusts aufgrund der verschlechterten magnetischen Eigenschaften des Blechpakets im Bereich des Luftspalts und einer hierdurch bedingten Veränderung des Magnetfelds. Auch ist zur Erstellung des Blechpakets eine verringerte Menge des Materials der einzelnen Blechlagen benötigt, was die Herstellungskosten senkt. Da hierbei die einzelnen Blechlagen aneinander abgestützt sind, sind keine Abstandshalter oder dergleichen hierfür erforderlich.
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Zusammenfassend weist besonders bevorzugt die elektrische Maschine des Kraftfahrzeugs das Blechpaket mit der Anzahl in axialer Richtung aufeinander gestapelter Blechlagen auf, wobei jede Blechlage unter Bildung jeweils einer der Anlagestellen an der jeweils benachbarten Blechlage abgestützt ist, und zwischen jeweils benachbarten Blechlagen jeweils einer der Luftspalte gebildet ist. Die elektrische Maschine ist insbesondere ein Kühlerlüftermotor.
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Vorzugsweise sind die Blechlagen jeweils im Bereich der Anlagestelle aneinander befestigt, was die Stabilität des Blechpakets weiter erhöht. Insbesondere erfolgt die Befestigung mittels einer Stanzverbindung. Hierbei weist zweckmäßigerweise eine der Blechlagen eine Lasche auf, die durch eine korrespondierende Öffnung der hierzu benachbarten Blechlage geführt und in einem weiteren Arbeitsschritt umgebogen wird. Insbesondere erfolgt die Erstellung der Laschen bei der Herstellung der Blechlage, und insbesondere in einem Stanzbiegeverfahren. Auf diese Weise ist die Erstellung eines vergleichsweise kostengünstigen Blechpakets ermöglicht.
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Beispielsweise sind die einzelnen Blechlagen zur Erstellung der jeweiligen Anlagestelle tiefgezogen oder gebogen. Vorzugsweise ist die Anlagestelle mittels einer Sicke gebildet, also einer rinnenförmigen Vertiefung. Auf diese Weise ist zudem die Steifigkeit jeder Blechlage erhöht. Vorzugsweise wird die Sicke bei Erstellung der jeweiligen Blechlage gefertigt, was bevorzugt in einem einzigen Arbeitsschritt erfolgt. Insbesondere ist die Blechlage mit Ausnahme der Sicke senkrecht zur Rotationsachse angeordnet, befindet sich folglich im Wesentlichen vollständig in einer Ebene, die senkrecht zur Rotationsachse ist. Die Sicke verläuft hierbei zweckmäßigerweise in axialer Richtung. Infolgedessen wird der Luftspalt im Wesentlichen mittels der Höhe der Sicke eingestellt.
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Geeigneterweise sind zwischen den benachbarten Blechlagen jeweils eine zweite Anlagestelle oder mehr Anlagestellen gebildet. Insbesondere sind die Anlagestellen drehsymmetrisch bezüglich der Rotationsachse angeordnet. Alternativ oder in Kombination hierzu ist der Abstand zweier Anlagestellen jeweils benachbarter Blechlagen zu der Rotationsachse unterschiedlich. Mit anderen Worten sind zumindest zwei der Anlagestellen zwischen den zwei benachbarten Blechlagen zueinander radial beabstandet. Beispielsweise unterscheiden sich zumindest zwei der Anlagestellen zwischen den benachbarten Blechlagen in deren Größe. Mit anderen Worten ist die Fläche des direkten mechanischen Kontakts zwischen den benachbarten Blechlagen bei zumindest zweien der Anlagestellen unterschiedlich. Aufgrund der weiteren Anlagestellen ist die Stabilität des Blechpakets weiter erhöht, da ein Verkippen der einzelnen Blechlagen gegeneinander unterbunden oder zumindest reduziert ist. Insbesondere sind hierbei die benachbarten Blechlagen im Bereich jeder der Anlagestellen aneinander befestigt und/oder die jeweiligen Anlagestellen jeweils mittels einer Sicke erstellt.
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Beispielsweise besteht jede Blechlage aus einem einzigen, zusammenhängenden Blech, was die Stabilität der einzelnen Blechlagen erhöht. Alternativ hierzu weist jede Blechlage ein erstes Blech und ein zweites Blech auf, die zueinander beabstandet sind, was zu einer weiteren Materialeinsparung führt. Auch ist auf diese Weise eine Entstehung von magnetischen Rückschlüssen innerhalb des Blechpakets vermeidbar, was den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine erhöht. Beispielsweise ist das erste Blech kreissektorförmig ausgestaltet, wobei der zugehörige Kreisbogen zweckmäßigerweise gleich zumindest eines Teils des Umfangs des Rotors ist, sofern das Blechpaket Bestandteil des Rotors ist. Das zweite Blech hingegen umfasst eine Anzahl kreissektorförmiger Abschnitte, die miteinander mittels eines Halterings verbunden sind. Insbesondere sind die Halteringe und die kreissektorförmigen Abschnitte einstückig. Sofern das Blechpaket Bestandteil des Rotors und die elektrische Maschine als Innenläufer ausgestaltet ist, ist hierbei der Haltering zweckmäßigerweise bezüglich der Abschnitte radial nach innen versetzt. Geeigneterweise sind die Abschnitte drehsymmetrisch bezüglich der Rotationsachse um den Haltering blütenblattförmig verteilt. Zum Beispiel sind die zweiten Bleche benachbarter Blechlagen zueinander bezüglich der Rotationsachse gedreht, wobei der Drehwinkel beispielsweise der Hälfte von 360° geteilt durch die Anzahl der Abschnitte entspricht.
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Insbesondere entspricht die Form jedes der kreissektorförmigen Abschnitte des zweiten Blechs der Form des ersten Blechs. Geeigneterweise ist das erste Blech in Umfangsrichtung zwischen zwei kreissektorförmigen Abschnitten des zweiten Blechs angeordnet, z. B. symmetrisch zwischen diesem. Vorzugsweise weit jede Blechlage zwei oder mehr erste Bleche auf. Zweckmäßigerweise ist jedes Blech einer einzigen Blechlage an jeweils einem Blech der benachbarten Blechlage abgestützt. Auf diese Weise ist jedes Blech jeder Blechlage stabilisiert. Zweckmäßigerweise ist hierbei das erste Blech einer der Blechlagen, im Weiteren als erste Blechlage bezeichnet, an dem zweiten Blech der hierzu benachbarten Blechlage abgestützt, im Weiteren als zweite Blechlage bezeichnet.
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Sofern alle Blechlagen des Blechpakets derart ausgestaltet sind, ist insbesondere jedes der ersten Bleche des Blechpakets an dem zweiten Blech der jeweils benachbarten Blechlage abgestützt und vorzugsweise an diesem befestigt. Folglich ist das Blechpaket vergleichsweise robust, auch wenn die einzelnen Bleche jeder Blechlage zueinander beabstandet sind. Beispielsweise beträgt die Anzahl der ersten Bleche gleich der Anzahl der Abschnitte des zweiten Blechs, wobei geeigneterweise jeweils eines der ersten Bleche zwischen zweien der Abschnitte des zweiten Blechs angeordnet sind. Alternativ hierzu ist die Anzahl der ersten Bleche größer als die Anzahl der Abschnitte und vorzugsweise ein ganzzahliges Vielfaches hiervon. Dabei befindet sich zweckmäßigerweise jeweils die dem Faktor entsprechende Anzahl an ersten Blechen zwischen benachbarten Abschnitten des zweiten Blechs. Infolgedessen ist es ermöglicht, ein im Wesentlichen drehsymmetrisches Blechpaket zu erstellen, was zu einem vergleichsweise konstanten Drehmomentverlauf führt.
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Zweckmäßigerweise sind die beiden Bleche jeder Blechlage in zumindest einem Bereich derart beabstandet, dass zwischen diesen eine Tasche gebildet ist. Hierbei fluchten die Bereiche benachbarter Blechlagen, so dass die Tasche im Wesentlichen in axialer Richtung durch das Blechpaket hindurch verläuft. Innerhalb der Tasche ist vorzugsweise ein Magnet angeordnet. Der Magnet ist beispielsweise ein Elektromagnet, besonders bevorzugt jedoch ein Permanentmagnet. Insbesondere ist der Permanentmagnet aus einem gesinterten Ferrit gefertigt. Aufgrund des verringerten Gewichts des Blechpakets ist hierbei ein vergleichsweise hoher Wirkungsgrad der elektrischen Maschine gegeben, wie sonst nur bei Verwendung von vergleichsweise kostenintensiven seltenen Erdlegierungen möglich. Alternativ hierzu ist der Permanentmagnet aus einer seltenen Erdlegierung gefertigt, beispielsweise aus NdFeB, was zu einem vergleichsweise hohen Wirkungsgrad der elektrischen Maschine führt.
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Aufgrund der Beabstandung der beiden Bleche und der einzelnen Blechlagen wird hierbei der Permanentmagnet in diesen Abschnitten aufgrund des Fehlens des ferromagnetischen Materials des Blechpakets vergleichsweise wirkungsvoll vor einer Entmagnetisierung durch ein äußeres Magnetfeld geschützt, das beispielsweise bei Betrieb der elektrischen Maschine auftritt. Beispielsweise ist der Permanentmagnet innerhalb der Tasche mittels Befestigungselementen gehalten und/oder mittels eines Klebers befestigt. Besonders bevorzugt jedoch wird der Permanentmagnet kraft- und/oder formschlüssig zwischen den beiden Blechen jeder Blechlage gehalten. Zweckmäßigerweise sind keine weiteren Befestigungsmittel vorhanden und die Befestigung erfolgt kleberlos, was einerseits die Herstellungszeit verkürzt und andererseits die Herstellungskosten senkt.
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Zweckmäßigerweise ist jede Blechlage aus einem Blech gefertigt, das eine bestimmte Dicke aufweist. Insbesondere ist die Ausdehnung der Blechlage in axialer Richtung gleich der Dicke mit Ausnahme der Sicke, sofern diese vorhanden ist. Beispielsweise ist die Dicke zwischen 0,2 mm und 1 mm, und z. B. gleich 0,5 mm. Insbesondere wird jede Blechlage aus einem derartigen Blech gestanzt, wobei die Dicke vorteilhafterweise nicht verändert wird. Die axiale Ausdehnung des Luftspaltes, der zwischen den benachbarten Blechlagen gebildet ist, beträgt vorteilhafterweise gleich der Dicke. Sofern sämtliche Blechlagen des Blechpakets derart ausgestaltet sind, ist die axiale Ausdehnung des Blechpakets folglich fast doppelt so groß wie die axiale Ausdehnung eines Blechpakets mit der gleichen Anzahl von Blechlagen, zwischen denen jedoch kein Luftspalt gebildet ist.
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Beispielsweise ist der Luftspalt mittels eines nichtpermeablen Materials, und insbesondere mittels eines Kunststoffes befüllt, was die Stabilität des Blechpakets weiter erhöht. Geeigneterweise ist das Blechpaket mittels des Kunststoffs umfangsseitig umhüllt, so dass insbesondere der Kunststoff, der in dem Luftspalt angeordnet ist, mittels des sich umfangsseitig befindenden Kunststoffes verbunden ist. Auf diese Weise ist eine Korrosion der Blechlagen oder eines etwaigen Permanentmagneten, der in der Tasche angeordnet ist, vermieden sofern diese beide vorhanden sind, insbesondere falls das Blechpaket innerhalb eines Nassraums der elektrischen Maschine positioniert ist.
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Zweckmäßigerweise ist stirnseitig des Blechpakets ein Endblech angeordnet, das bevorzugt mit der den axialen Abschluss des Blechpakets bildenden Blechlage in direktem mechanischem Kontakt steht. Insbesondere umfasst die elektrische Maschine zwei derartige Endbleche, die an jedem axialen Ende des Blechpakets angeordnet sind. Das Endblech ist zweckmäßigerweise axial auf die stirnseitige Blechlage des Blechpakets gestapelt. Mit anderen Worten ist das Endblech im Wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung ausgerichtet und vorzugsweise konzentrisch zu dem Blechpaket positioniert. Beispielsweise ist das Endblech aus einem Blech oder einem Kunststoff gefertigt. Insbesondere umfasst das oder die Endblech(e) Aufnahmen für Schrauben, die in das Blechpaket gebohrt sind. Sofern zwei Endbleche vorhanden sind, ist das Blechpaket z. B. kraftschlüssig zwischen den beiden Endblechen angeordnet. Zweckmäßigerweise weist das Endblech einen Dom, und insbesondere eine Anzahl von Domen auf, die symmetrisch bezüglich der Rotationsachse angeordnet sind. Der Dom ist hierbei ein im Wesentlichen zylindrischer Fortsatz, der in axialer Richtung angeordnet ist, und dient der Befestigung eines anzutreibenden oder antreibenden Bauteils, wie beispielsweise eines Lüfterrads. Vorzugsweise ist der Dom hierbei im Bereich des Freiendes zur Aufnahme eines Befestigungsmittels, wie einer Schraube, ausgespart.
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Alternativ oder in Kombination hierzu weist das Endblech eine Lagerschale auf. Die Lagerschale ist zweckmäßigerweise als Vertiefung ausgestaltet, die geeigneterweise ringförmig um die Rotationsachse verläuft. An der Lagerschale ist ein Lager der elektrischen Maschine angebunden, mittels dessen das Blechpaket bezüglich weiterer Elemente der elektrischen Maschine drehbar gelagert ist. Sofern das Blechpaket Bestandteil des Stators ist, ist der weitere Bestandteil folglich der Rotor. Besonders bevorzugt jedoch ist das Blechpaket Bestandteil des Rotors, und das Blechpaket ist mittels des Lagers bezüglich des Stators der elektrischen Maschine drehbar gelagert. Beispielsweise umfasst die elektrische Maschine hierfür eine feststehende Welle, oder die Welle ist drehfest an dem Blechpaket angebunden.
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Der Rotor ist Bestandteil einer elektrischen Maschine und umfasst ein Blechpaket. Das Blechpaket weist zwei in axialer Richtung aufeinander gestapelte Blechlagen auf, die unter Bildung einer Anlagestelle an aneinander abgestützt sind. Zwischen den benachbarten Blechlagen ist ein Luftspalt gebildet. Besonders bevorzugt weist das Blechpaket eine Anzahl von Blechlagen auf, die in axialer Richtung aufeinander gestapelt sind. Hierbei ist jede Blechlage unter Bildung einer Anlagestelle an der jeweils benachbarten Blechlage abgestützt, wobei zwischen jeweils benachbarten Blechlagen ein Luftspalt gebildet ist. Die elektrische Maschine ist zweckmäßigerweise ein Innenläufer. Insbesondere umfasst der Rotor eine Welle, die in axialer Richtung verläuft und im Wesentlichen mittig des Rotors angeordnet ist. Beispielsweise ist die Welle aus einem paramagnetischen Material gefertigt und/oder an dem Blechpaket angebunden, beispielsweise mittels eines Form- und/oder Kraftschlusses. Alternativ oder in Kombination hierzu sind das Blechpaket und die Welle mittels einer Nut-und-Feder-Verbindung miteinander verbunden.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 schematisch einen Kühlerlüfter mit einem Elektromotor,
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2 in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Motorachse einen Rotor des Elektromotors mit einer Blechlage,
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3 perspektivisch ein erstes Blech der Blechlage,
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4 perspektivisch ein zweites Blech und ein erstes Blech jeweils benachbarter Blechlagen, und
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5 in einer Seitenansicht ausschnittsweise den Rotor.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist schematisch vereinfacht in einer Seitendarstellung ein Kühlerlüfter 2 eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Der Kühlerlüfter 2 umfasst ein Kühlernetz 4, durch das ein Kühlrohr 6 geführt ist. Innerhalb des Kühlrohrs 6 befindet sich eine Kühlflüssigkeit, welche mittels einer hier nicht dargestellten Pumpe in Zirkulation gehalten wird. Die Kühlflüssigkeit wird durch eine Verbrennungskraftmaschine 8 geleitet und von dieser erwärmt, wobei die Verbrennungskraftmaschine 8 gekühlt wird. Die erwärmte Kühlflüssigkeit wird erneut durch das Kühlernetz 4 geleitet, welches von einem Fahrtwind beaufschlagt ist. Die Richtung des Fahrtwindes ist hierbei längs einer Fahrtwindrichtung 10, die im Wesentlichen der Hauptfortbewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs entspricht.
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Mittels eines Lüfters 12, der in Fahrtwindrichtung 10 hinter dem Kühlernetz 4 angeordnet ist, wird der Fahrtwind verstärkt oder bei einem Stillstand des Fahrzeugs erzeugt. Dies erfolgt mittels eines Kühlerlüftermotors 14, der ein Lüfterrad 16 um eine Rotationsachse R in Rotation versetzt. Ferner wird mittels des Lüfterrades 16 der Fahrtwind auf die Verbrennungskraftmaschine 8 geleitet, und diese somit von außen mit dem Fahrtwind beaufschlagt. Dies führt zu einer zusätzlichen Kühlung der Verbrennungskraftmaschine 8. Das Lüfterrad 16 ist innerhalb einer Kühlerzarge 18 angeordnet, mittels derer der Fahrtwind gelenkt wird. In dem Übergangsbereich zwischen der Zarge 18 und dem Lüfterrad 16 befinden sich Bürsten oder eine bestimmte Kontur, die jeweils eine sogenannte Leckluft zwischen den beiden Komponenten unterbindet. Der Kühlerlüftermotor 14 ist mittels Streben 20 an der Zarge 18 befestigt. Die Streben 20 sind einstückig mit der Zarge 18 hergestellt, beispielsweise in einem Kunststoffspritzverfahren.
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In 2 ist in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Rotationsachse R, die auch der Rotationsachse des Elektromotors 14 entspricht, ein Rotor 22 des bürstenlosen Elektromotors 14 dargestellt. Der Rotor 22 ist hierbei von einem nicht gezeigten Stator des Elektromotors 14 umgeben, der eine Anzahl von elektrischen Spulen trägt, die in einer Dreiecksschaltung oder Sternschaltung miteinander elektrisch kontaktiert sind. Der Rotor 22 weist eine zylindrische Welle 24 auf, an der form- und/oder kraftschlüssig ein im Wesentlichen ebenfalls zylindrisches Blechpaket 26 angebunden ist. Die aus einem nichtpermeablen Material, also einem para- oder diamagnetischen Material gefertigten Welle 24 und das Blechpaket 26, das aus einem ferromagnetischen Stoff gefertigt ist, sind konzentrisch zueinander angeordnet, wobei das Blechpaket 26 die Welle 24 umgibt, und der jeweilige Mittelpunkt auf der Rotationsache R liegt. Das Blechpaket 26 ist aus einer Anzahl Blechlagen 28 erstellt, die in axialer Richtung A aufeinander gestapelt sind (5). Hierbei ist jede Blechlage 28 gleichartig, wobei benachbarte Blechlagen 28 bezüglich der Rotationsachse R um 36° versetzt sind.
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Jede Blechlage 28 weist fünf erste Bleche 30 auf, die kreissektorförmig ausgestaltet sind. Mit anderen Worten ist die Form jedes Blechs 30 dreieckförmig, wobei die radial außen liegende Kante zur Formung der äußeren Begrenzung des Blechpakets 22 gekrümmt ist, wobei der Mittelpunkt dieser Krümmung auf der Rotationsachse R liegt. Jede Blechlage 28 weist ferner ein zweites Blech 32 auf, das fünf kreissektorförmige Abschnitte 34 umfasst, deren Umriss dem der ersten Bleche 30 entspricht. Im radial inneren Bereich sind die Abschnitte 34 jedoch hin zu einem Haltering 36 verlängert, der in direktem mechanischem Kontakt mit der Welle 24 ist. Das zweite Blech 32 ist einstückig ausgeführt und die Abschnitte 34 drehsymmetrisch bezüglich der Rotationsachse R entlang des Halterings 36 angeordnet. Folglich ist zwischen benachbarten Abschnitten 34 ein Winkel von 72° gebildet.
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Zwischen benachbarten Abschnitten 34 ist jeweils eines der ersten Bleche 30 angeordnet, wobei jedes der ersten Bleche 30 von dem zweiten Blech 32 beabstandet ist. Hierbei ist der zwischen jeweils benachbarten ersten Blechen 30 und Abschnitten 34 gebildete Winkel gleich 36°. Zwischen den ersten Blechen 30 und den jeweiligen benachbarten Abschnitten 34 ist jeweils eine im Wesentlichen quaderförmige Tasche 38 gebildet, innerhalb derer form- und kraftschlüssig jeweils ein quaderförmiger Permanentmagnet 40 angeordnet ist, der aus einem gesinterten Ferrit gefertigt ist. Hierbei wird jeder Permanentmagnet 40 mittels aufeinander zu gerichteter Vorsprünge 42 der ersten Bleche 30 und der Abschnitte 34 an deren jeweiligem radialen Ende vor einem Ablösen aufgrund einer Fliehkraft bei Betrieb der elektrischen Maschine 14 gehindert. Folglich ist die radiale Öffnung jeder der Taschen 38 geringer als die Ausdehnung der Permanentmagneten 40.
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Jedes der ersten Bleche 30 weist, wie in 3 perspektivisch gezeigt, eine erste Sicke 44 und eine zweite Sicke 46 auf, die als im Wesentlichen kreisrunde Vertiefungen ausgeführt sind. Hierbei entspricht der Durchmesser der ersten Sicke 44 dem Doppelten des Durchmessers der zweiten Sicke 46, die bezüglich der ersten Sicke 44 radial nach außen versetzt ist. Die Tiefen der beiden Sicken 44, 46 entsprechen hierbei der Dicke D des ersten Blechs 30. Im Bodenbereich der topfförmigen ersten Sicke 44 befinden sich zwei schlitzförmige, im Wesentlichen radial verlaufende Öffnungen 48. Im Wesentlichen mittig zwischen der ersten Sicke 44 und der zweiten Sicke 46 weist jedes erste Blech 30 zwei Laschen 50 auf, die in einem Stanzbiegeverfahren erstellt sind.
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In 4 ist perspektivisch einer der Abschnitte 34 dargestellt, der eine dritte Sicke 52 und eine vierte Sicke 54 aufweist. Die vierte Sicke 54 entspricht im Wesentlichen der Ausgestaltungsform der zweiten Sicke 46 des ersten Blechs 30, und auch die Ausgestaltungsform der dritten Sicke 52 ist gleich der Ausgestaltungsform 44. So weist die dritte Sicke 52 ebenfalls schlitzförmigen Öffnungen 56 auf. Hierbei ist die Position der dritten Sicke 52 jedoch im Vergleich zur ersten Sicke 44 verändert. Der Abstand der dritten Sicke 52 zur Rotationsachse R ist im Wesentlichen gleich dem Abstand der Laschen 50 des Blechs 30 zu der Rotationsachse R. Dahingegen ist der Abstand der vierten Sicke 54 zur Rotationsachse R geringer als der Abstand der ersten Sicke 44 zur Rotationsachse R. Auch jeder Abschnitt 34 weist zwei Laschen 58 auf, die den Laschen 58 der ersten Bleche 30 entsprechen, wobei jedoch die Position im Wesentlichen der der Öffnungen 48 bezüglich der Rotationsachse R entspricht.
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Zur Montage des Blechpakets 26 wird jedes der ersten Bleche 30 einer ersten Blechlage 28a an jeweils einem der Abschnitte 34 des zweiten Blechs 32 einer zweiten Blechlage 28b und jedes erste Blech 30 der zweiten Blechlage 28b an jeweils einem der Abschnitte 34 des zweiten Blechs 32 der ersten Blechlage 28a befestigt, wie in 5 in einer Seitenansicht ausschnittsweise gezeigt. Hierbei fluchten die Kanten der ersten Bleche 30 und die Kanten der Abschnitte 34 in axialer Richtung A. Die ersten Sicke 44 und die zweiten Sicke 46 werden an den korrespondierenden Abschnitten 34 unter Bildung jeweils einer Anlagestelle 60 abgestützt, so dass zwischen den beiden Blechlagen 28, 28b ein direkter mechanischer Kontakt erstellt ist. Hierbei werden die Laschen 58 des jeweiligen Abschnitts 34 durch die jeweiligen Öffnungen 48 geführt und in einem weiteren Schritt umgebogen, so dass eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden Blechen 30, 32 erstellt ist. Ebenso werden die dritte und die vierte Sicke 52, 54 der Abschnitte 34 der ersten Blechlage 28a unter Bildung der Anlagestelle 60 an jeweils einem der ersten Bleche 30 der zweiten Blechlage 28b abgestützt, wobei der direkte mechanische Kontakt im Wesentlichen vollflächig über den Boden der jeweiligen Sicke 52, 54 erstellt ist. Hierbei werden die Laschen 50 durch die Öffnungen 56 geführt und ebenso zur Befestigung umgebogen.
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Aufgrund der Sicken 44, 46, 52, 54 ist zwischen benachbarten Blechlagen 28 jeweils ein Luftspalt 62 gebildet. Die axiale Ausdehnung des Luftspalts 62, also dessen Länge in axialer Richtung A ist gleich der Dicke D, die die jeweilige Blechlage 28 ausgenommen im Bereich der jeweiligen Sicken 44, 46, 52, 54 in axialer Richtung A aufweist. In einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist das Blechpaket 26 mittels eines nichtpermeablen Kunststoffes umspritzt, mit dem ebenfalls die Luftspalte 62 aufgefüllt sind, was zu einer erhöhten Stabilität des Rotors 22 führt.
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Stirnseitig des Blechpakets 26, also an dessen Ende in axialer Richtung A ist ein Endblech 64 an dem Blechpaket 26 angebunden. Das Endblech 64 ist scheibenförmig, wobei der Radius dem des Blechpakets 26 entspricht. Auch ist das Endblech 64 konzentrisch zur Rotationsachse R angeordnet und in direktem mechanischem Kontakt mit dem Blechpaket 26. Die Dicke des aus einem Kunststoff gefertigten Endblechs 64 ist größer als die Dicke D. Das Endblech 64 weist auf der dem Blechpaket 26 abgewandten Seite vier, jeweils in axialer Richtung A verlaufende Dome 66 auf, die symmetrisch bezüglich der Rotationsachse verteilt sind, wobei der Abstand jedes Doms zur Rotationsachse R im Wesentlichen der Hälfte des Radius des Endblechs 64 entspricht. Jeder der zylindrischen Dome 64 ist freiendseitig zur Aufnahme von Schrauben ausgespart, mittels derer das Lüfterrad 16 an dem Rotor 22 befestigt ist. Ferner weist das Endblech 64 auf der dem Blechpaket 26 abgewandten Seite eine Lagerschale 68 in Form eines bezüglich der Rotationsachse R symmetrisch angeordneten Rings auf, an dem ein nicht gezeigter Lagerinnenring eines Lagers befestigt ist, mittels dessen der Rotor 22 drehbar innerhalb des Stators gelagert ist.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kühlerlüfter
- 4
- Kühlernetz
- 6
- Kühlrohr
- 8
- Verbrennungskraftmaschine
- 10
- Fahrtwindrichtung
- 12
- Lüfter
- 14
- Kühlerlüftermotor
- 16
- Lüfterrad
- 18
- Kühlerzarge
- 20
- Strebe
- 22
- Rotor
- 24
- Welle
- 26
- Blechpaket
- 28
- Blechlage
- 28a
- erste Blechlage
- 28b
- zweite Blechlage
- 30
- erstes Blech
- 32
- zweites Blech
- 34
- Abschnitt
- 36
- Haltering
- 38
- Tasche
- 40
- Permanentmagnet
- 42
- Vorsprung
- 44
- erste Sicke
- 46
- zweite Sicke
- 48
- Öffnung
- 50
- Lasche
- 52
- dritte Sicke
- 54
- vierte Sicke
- 56
- Öffnung
- 58
- Lasche
- 60
- Anlagestelle
- 62
- Luftspalt
- 64
- Endblech
- 66
- Dom
- 68
- Lagerschale
- R
- Rotationsachse
- A
- axialer Richtung
- D
- Dicke
