DE102016201970A1 - Electric machine - Google Patents
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Abstract
Eine elektrische Maschine umfasst ein erstes und ein zweites Element, die um eine gemeinsame Drehachse drehbar gegeneinander gelagert sind. Auf einer radialen Seite des ersten Elements ist ein magnetisches Element angebracht und in einem Bereich zwischen dem ersten Element und dem magnetischen Element liegt eine viskos auftragbare Masse. Im ersten Element ist ein Kanal zur Zuführung der viskosen Masse vorgesehen, wobei ein erstes Ende des Kanals im Bereich des magnetischen Elements liegt.An electric machine comprises a first and a second element, which are mounted rotatably about a common axis of rotation against each other. On a radial side of the first element, a magnetic element is mounted and in a region between the first element and the magnetic element is a viscous mass. In the first element, a channel for supplying the viscous mass is provided, wherein a first end of the channel is in the region of the magnetic element.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine. Insbesondere betrifft die Erfindung einen elektrischen Generator oder einen elektrischen Motor zur Umsetzung einer Drehbewegung in elektrische Energie oder umgekehrt.The invention relates to an electrical machine. In particular, the invention relates to an electric generator or an electric motor for converting a rotational movement into electrical energy or vice versa.
Ein beispielhafter elektrischer Gleichstrommotor mit elektronischer Kommutierung (BLDC: brushless direct current) umfasst einen radial außen liegenden Stator und einen radial innen liegenden Rotor, die um eine gemeinsame Drehachse gegeneinander drehbar gelagert sind. Am Stator sind einer oder mehrere Wicklungen und am Rotor einer oder mehrere Permanentmagneten angebracht, wobei Ströme durch die Wicklungen derart ein- und ausgeschaltet werden können, dass an den Wicklungen Magnetfelder entstehen, die die Permanentmagneten anziehen oder abstoßen, sodass zwischen dem Stator und dem Rotor ein Drehmoment wirkt und elektrische Energie in eine Drehbewegung umgesetzt werden kann. Um die Permanentmagneten am Rotor zu befestigen, können diese an einer radialen Außenseite des Rotors flächig verklebt werden. Das Anbringen eines Klebstoffs in diesem Bereich kann während einer Herstellung des Gleichstrommotors problematisch sein. Ist beispielsweise die Viskosität des Klebstoffs niedrig, so kann der Klebstoff aus dem Bereich zwischen dem Stator und dem Permanentmagnet rinnen, bevor er abgebunden ist. Ist die Viskosität jedoch hoch, so kann das Aufbringen des Klebstoffs zwischen die beiden zu verklebenden Elemente nur vor deren Zusammenfügen erfolgen. Durch das Zusammenfügen kann der Klebstoff dann jedoch weggeschoben werden, sodass er nicht seine volle Haftkraft entfalten kann. Weggeschobener Klebstoff kann in anderen Bereichen des Elektromotors zu Beeinträchtigungen führen.An exemplary electric DC motor with electronic commutation (BLDC: brushless direct current) comprises a radially outer stator and a radially inner rotor, which are rotatably mounted about a common axis of rotation against each other. One or more windings are mounted on the stator and one or more permanent magnets on the rotor, wherein currents through the windings can be switched on and off in such a way that magnetic fields are produced on the windings, which attract or repel the permanent magnets, so that between the stator and the rotor a torque acts and electrical energy can be converted into a rotational movement. To attach the permanent magnets on the rotor, they can be glued flat on a radial outer side of the rotor. Applying an adhesive in this area can be problematic during manufacture of the DC motor. For example, if the viscosity of the adhesive is low, the adhesive may flow out of the area between the stator and the permanent magnet before it sets. However, if the viscosity is high, the adhesive may be applied between the two elements to be bonded only before they are joined together. However, the adhesive can then be pushed away by joining so that it can not develop its full adhesion. Deferred adhesive can lead to adverse effects in other areas of the electric motor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte elektrische Maschine anzugeben, die die Verwendung einer viskosen Masse während der Montage der Maschine unterstützt. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels des Gegenstands des unabhängigen Anspruchs. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.The invention has for its object to provide an improved electrical machine that supports the use of a viscous mass during assembly of the machine. The invention achieves this object by means of the subject matter of the independent claim. Subclaims give preferred embodiments again.
Eine elektrische Maschine umfasst ein erstes und ein zweites Element, die um eine gemeinsame Drehachse drehbar gegeneinander gelagert sind. Auf einer radialen Seite des ersten Elements ist ein magnetisches Element angebracht. In einem Bereich zwischen dem magnetischen Element und dem ersten Element liegt eine viskos auftragbare Masse vor. Dabei ist im ersten Element ein Kanal zur Zuführung der viskosen Masse vorgesehen, wobei ein erstes Ende des Kanals im Bereich des magnetischen Elements liegt.An electric machine comprises a first and a second element, which are mounted rotatably about a common axis of rotation against each other. On a radial side of the first element, a magnetic element is mounted. In a region between the magnetic element and the first element is a viscous mass. In this case, a channel for supplying the viscous mass is provided in the first element, wherein a first end of the channel is in the region of the magnetic element.
Dadurch ist es möglich, die viskos auftragbare Masse während der Montage der elektrischen Maschine durch den Kanal an ihren Bestimmungsort zu verbringen. Die Masse kann zu einem Zeitpunkt in den Kanal verpresst werden, zu dem das magnetische Element bereits am ersten Element angeordnet oder ausgerichtet ist. Ein Spalt zwischen dem magnetischen Element und dem ersten Element, in dem die Masse verpresst werden soll, kann daher vereinfacht eingestellt werden. Die Herstellung der elektrischen Maschine kann so vereinfacht sein.This makes it possible to spend the viscous mass during assembly of the electrical machine through the channel to its destination. The mass can be compressed at a time in the channel to which the magnetic element is already arranged or aligned on the first element. A gap between the magnetic element and the first element, in which the mass is to be pressed, can therefore be adjusted in a simplified manner. The production of the electric machine can be simplified.
Durch das Anbringen der Masse in den Bereich zwischen dem magnetischen Element und dem ersten Element nach deren relativer Anordnung bzw. Ausrichtung kann vermieden werden, dass die Masse wegrinnt oder während der Montage des magnetischen Elements am ersten Element weggeschoben wird. Die Menge der zwischen dem magnetischen Element und dem ersten Element angebrachten Masse kann dadurch optimiert sein. Eine Störung der elektrischen Maschine durch weggeronnene oder weggeschobene Masse kann vermieden werden. Beispielsweise kann vermieden werden, dass verschobene oder weggeronnene Masse einen statischen oder dynamischen Schwerpunkt des ersten oder zweiten Elements beeinflusst. Eine Geräuschentwicklung oder eine Lebensdauer der elektrischen Maschine können dadurch positiv beeinflusst sein. Eine Fertigungsqualität und eine Fertigungskonstanz der elektrischen Maschine, insbesondere in der Serienfertigung, können dadurch verbessert sein. Ein Verlust von Masse, die ihrer zugedachten Funktion nicht zugeführt werden kann, kann verringert sein, wodurch sich Kostenvorteile ergeben können. Die Masse kann genau dosiert und verbessert appliziert werden. Durch den Kanal kann eine Einsparung von Material im ersten Element bedingt sein, wodurch Herstellungskosten des ersten Elements gesenkt sein können. Bevorzugterweise liegt der Kanal in einem elektromagnetisch oder festigkeitstechnisch unkritischen Bereich des ersten Elements, sodass idealerweise keine weiteren Anpassungen erforderlich sind. Durch die Materialeinsparung kann ein Gewichtsvorteil am ersten Element erzielt werden. Ein zusätzlicher Aufwand zur Anbringung des Kanals im ersten Element kann einfach und kostengünstig erfolgen.By attaching the mass in the region between the magnetic element and the first element after their relative arrangement or orientation can be avoided that the mass wegrinnt or pushed away during assembly of the magnetic element on the first element. The amount of mass applied between the magnetic element and the first element can thereby be optimized. A disturbance of the electrical machine by weggeronnene or pushed away mass can be avoided. For example, it can be avoided that displaced or coagulated mass affects a static or dynamic center of gravity of the first or second element. A noise or a lifetime of the electrical machine can be positively influenced. A manufacturing quality and a constant production of the electrical machine, especially in mass production, can be improved. A loss of mass, which can not be supplied to its intended function, can be reduced, which can result in cost advantages. The mass can be precisely dosed and applied better. Through the channel, a saving of material in the first element may be due, whereby manufacturing costs of the first element may be lowered. Preferably, the channel is in an electromagnetically or strength-critical uncritical region of the first element, so ideally no further adjustments are required. By saving material, a weight advantage can be achieved on the first element. An additional effort to attach the channel in the first element can be done easily and inexpensively.
Die elektrische Maschine kann im Baukastensystem herstellbar sein, wobei einzelne Elemente der elektrischen Maschine in Abhängigkeit von Anforderungen aus einer vorgefertigten Auswahl übernommen werden können. Durch den Kanal kann die Anbringung der viskosen Masse als zusätzlicher Freiheitsgrad genutzt werden, sodass in unterschiedlichen Ausführungsformen der elektrischen Maschine aus dem Baukasten unterschiedliche Mengen und/oder Arten von Massen verwendet werden. Die Flexibilität des Baukastensystems kann dadurch erhöht sein.The electrical machine can be produced in a modular system, wherein individual elements of the electrical machine can be adopted depending on requirements from a ready-made selection. Through the channel, the attachment of the viscous mass can be used as an additional degree of freedom, so that in different embodiments of the electric machine from the kit different amounts and / or types of masses are used. The flexibility of the modular system can be increased.
Bevorzugterweise umfasst der Kanal mehrere erste Enden, die jeweils im Bereich des magnetischen Elements liegen. Dadurch kann eine größere Oberfläche zwischen dem ersten Element und dem magnetischen Element sicher mit der Masse versorgt werden.Preferably, the channel comprises a plurality of first ends, each located in the region of the magnetic element. Thereby, a larger surface area between the first element and the magnetic element can be surely supplied with the ground.
Ein zweites Ende des Kanals liegt bevorzugterweise an einem axialen Abschnitt des ersten Elements. Die Zuführung der Masse kann dadurch aus axialer Richtung erfolgen. Das Fixieren des magnetischen Elements am ersten Element während der Zuführung kann dadurch vereinfacht sein.A second end of the channel is preferably located at an axial portion of the first member. The supply of the mass can be effected from the axial direction. The fixing of the magnetic element to the first element during the feeding can thereby be simplified.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass der Kanal im Bereich des zweiten Endes trichterförmig aufgeweitet ist. Dabei verjüngt sich der Kanal entlang seiner Erstreckung vom zweiten zum ersten zumindest auf einem ersten Abschnitt. Anders ausgedrückt ist der Querschnitt des Kanal in einem Mündungsbereich am zweiten Ende vergrößert, sodass ein Spender für die viskose Masse leichter an dem Kanal andocken kann. It is further preferred that the channel is widened funnel-shaped in the region of the second end. In this case, the channel tapers along its extension from the second to the first at least on a first section. In other words, the cross-section of the channel is increased in an orifice area at the second end, so that a viscous-mass dispenser can more easily dock to the channel.
In einer weiteren Ausführungsform ist auch eine umgekehrte Aufweitung des Kanals möglich, sodass der Querschnitt im Bereich des zweiten Endes kleiner als in einem Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Ende ist. Das Vergrößern des Querschnitts des Kanals kann allgemein sinnvoll sein, um einen größeren Anteil an Material des ersten Elements durch die Masse zu ersetzen. Dadurch kann beispielsweise ein Gewichtsvorteil am ersten Element erzielt werden. In a further embodiment, a reverse widening of the channel is possible, so that the cross section in the region of the second end is smaller than in a region between the first and the second end. Increasing the cross-section of the channel may be generally useful to replace a larger portion of material of the first element with the mass. As a result, for example, a weight advantage can be achieved on the first element.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Querschnittsverlauf des Kanals an die Viskosität der Masse angepasst. Insbesondere kann der Querschnitt bei hoher Viskosität groß und bei geringer Viskosität klein gewählt werden. In noch einer weiteren Ausführungsform ist der Querschnitt des Kanals entlang der Erstreckung des Kanals unterschiedlich groß.In a further embodiment, a cross-sectional profile of the channel is adapted to the viscosity of the mass. In particular, the cross-section can be made large at high viscosity and small at low viscosity. In yet another embodiment, the cross-section of the channel varies in size along the length of the channel.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Masse einen viskos auftragbaren und härtbaren Klebstoff, insbesondere zur Anbringen des magnetischen Elements am ersten Element. Der Klebstoff kann flüssig oder pastös verarbeitet werden, indem er in oder durch den Kanal gedrückt wird, und anschließend aushärten. Das Aushärten kann durch die Zugabe eines Härters, durch Sauerstoff- oder Lichteinfluss, durch Wärmeeinfluss oder auf eine andere bekannte Weise ausgelöst oder beschleunigt werden.In a particularly preferred embodiment, the composition comprises a viscous coatable and curable adhesive, in particular for attaching the magnetic element to the first element. The adhesive may be liquid or pasty by being pressed into or through the channel and then curing. The curing may be initiated or accelerated by the addition of a hardener, by the influence of oxygen or light, by the influence of heat or in another known manner.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Masse eine Wärmeleitpaste. In wieder einer anderen Ausführungsform umfasst die Masse einen Dämpfungsstoff, der bevorzugterweise dazu eingerichtet ist, eine mechanische Schwingung zu dämpfen. Körperschall- oder Luftschall-Emissionen der elektrischen Maschine können dadurch verringert sein.In another embodiment, the mass comprises a thermal paste. In yet another embodiment, the mass comprises a damping material, which is preferably adapted to damp a mechanical vibration. Structure-borne sound or airborne noise emissions of the electrical machine can be reduced as a result.
In einer Ausführungsform umfasst das erste Element eine Anzahl in axialer Richtung gestapelter Bleche, die jeweils eine Aussparung umfassen, wobei die Aussparung einen Abschnitt des Kanals bildet. Jedes Blech kann auf einfache Weise beispielsweise mittels Stanzen mit einer passenden Aussparung versehen werden. Die Aussparungen können so gewählt werden, dass praktisch jede gewünschte Form des Kanals erzielt werden kann. Besonders bevorzugt ist, dass der Kanal im Bereich des zweiten Endes einen axialen Abschnitt und im Bereich des ersten Endes einen radialen Abschnitt umfasst, wobei die Abschnitte ineinander übergehen. Die Bleche können auf eine beliebige Weise axial aneinander befestigt werden, beispielsweise mittels Kleben oder Schweißen. In einer Ausführungsform werden die Bleche werden mittels Stanzen in einem Folgeverbundwerkzeug hergestellt und direkt beim Stanzen mittels Stanzpaketierpunkten oder Klebstoff miteinander verbunden. Ein nachträgliches Verschweißen der Bleche oder ein Versehen der Bleche mit einem Backlack, der nach dem Zusammenfügen der Bleche thermisch ausgehärtet wird, ist ebenfalls möglich.In one embodiment, the first element comprises a number of axially stacked sheets each including a recess, the recess forming a portion of the channel. Each sheet can be provided in a simple manner, for example by means of punching with a matching recess. The recesses can be chosen so that virtually any desired shape of the channel can be achieved. It is particularly preferred that the channel in the region of the second end comprises an axial portion and in the region of the first end of a radial portion, wherein the sections merge into one another. The sheets may be axially secured together in any manner, such as by gluing or welding. In one embodiment, the sheets are produced by means of stamping in a progressive die and directly connected to each other during punching by means of punching packet points or adhesive. Subsequent welding of the sheets or providing the sheets with a baked enamel, which is thermally cured after joining the sheets, is also possible.
In einer Variante umfasst das magnetische Element einen Permanentmagneten. In einer anderen Variante umfasst es ein magnetisches Leitelement wie beispielsweise einen Rückschlussring oder ein anderes magnetisches Leitelement. Dabei ist das Gehäuse bevorzugterweise aus einem nichtmagnetischen Werkstoff herstellbar, beispielsweise Kunststoff oder Aluminium, es kann aber auch ein magnetisches Material wie Stahl verwendet werden. In einer weiteren Ausführungsform kann auch das Gehäuse als magnetisches Leitelement ausgebildet sein. In allen Fällen kann das magnetische Element radial innen oder radial außen am ersten Element angebracht sein.In one variant, the magnetic element comprises a permanent magnet. In another variant, it comprises a magnetic guide element such as a return ring or other magnetic guide element. In this case, the housing is preferably made of a non-magnetic material, for example plastic or aluminum, but it can also be a magnetic material such as steel are used. In a further embodiment, the housing may also be designed as a magnetic guide element. In all cases, the magnetic element may be mounted radially inward or radially outward of the first element.
Eines der Elemente kann einen Stator und das andere einen Rotor umfassen. Das magnetische Element kann in radialer Richtung dem zweiten Element zugewandt oder von ihm abgewandt sein. Die elektrische Maschine kann einen Elektromotor oder einen elektrischen Generator betreffen. Die elektrische Maschine kann mechanisch oder elektronisch kommutiert sein und mittels Gleichstrom oder Wechselstrom betrieben werden. Bevorzugterweise ist die elektrische Maschine dazu eingerichtet, an Bord eines Kraftfahrzeugs eingesetzt zu werden, beispielsweise zum Antreiben einer Pumpe, insbesondere einer Flüssigkeitspumpe zur Förderung eines Fluids zur Kühlung eines Verbrennungsmotors. Das magnetische Element kann an einer beliebigen radialen Oberfläche des ersten Elements angeordnet sein, wobei das erste Element nicht notwendigerweise radialsymmetrisch ausgeführt sein muss. In einer Draufsicht entlang der Drehachse kann das erste Element beispielsweise einen radialen Einzelzahn aufweisen, sternförmig oder anders aufgebaut sein. Das magnetische Element kann in radialer Richtung auch versenkt am ersten Element angeordnet sein. Diese Anordnung wird auch als „Vergraben“ bezeichnet.One of the elements may comprise a stator and the other a rotor. The magnetic element may be facing or facing away from the second element in the radial direction. The electric machine may concern an electric motor or an electric generator. The electrical machine can be commutated mechanically or electronically and operated by means of direct current or alternating current. Preferably, the electric machine is adapted to be used on board a motor vehicle, for example, for driving a pump, in particular a liquid pump for conveying a fluid for cooling an internal combustion engine. The magnetic element can be arranged on any radial surface of the first element, wherein the first element does not necessarily have to be designed radially symmetrical. In a plan view along the axis of rotation, the first element, for example, have a radial single tooth, star-shaped or otherwise constructed. The magnetic element can also be sunk in the radial direction on the first element. This arrangement is also referred to as "burying".
Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:The invention will now be described in more detail with reference to the attached figures, in which:
In der dargestellten Ausführungsform sind auf einer radialen Außenseite des Rotors
In einem Bereich zwischen dem Motorgehäuse
Es wird vorgeschlagen, einen Kanal
In entsprechender Weise ist in der in
Masse
In
Allgemein ist die Anzahl von Kanälen
Claims (10)
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