DE102016223976A1

DE102016223976A1 - Rotor eines Elektromotors

Info

Publication number: DE102016223976A1
Application number: DE102016223976.7A
Authority: DE
Inventors: Christian Dörner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-12-01
Filing date: 2016-12-01
Publication date: 2018-06-07
Also published as: WO2018099507A1

Abstract

Ein Rotor eines Elektromotors, insbesondere in einem elektrischen Nockenwellenversteller, umfasst ein aus einzelnen Rotorblechen (3) gebildetes Rotorblechpaket, in welchem Magnete (4) in Aufnahmetaschen (2) mit länglichem Querschnitt gehalten sind, wobei jeder Aufnahmetasche (2) mindestens eine leere Aussparung (6) benachbart ist. An jedem Ende beider Längsseiten jeder Aufnahmetasche (2) ist jeweils eine leere Aussparung (6) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen mit Permanentmagneten bestückten Rotor eines Elektromotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Permanentmagnetrotor für eine elektrische Maschine ist beispielsweise in der DE 10 2006 056 873 A1 offenbart. Dieser bekannte Rotor weist eine Rotorwelle und ein daran befestigtes Rotorpaket auf. In dem Rotorpaket sind Aufnahmetaschen sowie Aussparungen vorgesehen, wobei in den Aufnahmetaschen Permanentmagnete angeordnet sind. Die Permanentmagnete sind in der jeweils zugehörigen Aufnahmetasche durch eine Aufbiegung des zwischen der jeweiligen Aussparung und der jeweiligen Aufnahmetasche liegenden Teilbereichs des inneren Bereichs fixiert. Die Fixierung der Permanentmagnete in den Aufnahmetaschen erfolgt somit durch eine nachträglich eingebrachte Verformung der Aufnahmetaschen.
Ein weiterer Dauermagnetrotor ist aus der EP 1 009 085 B1 bekannt. Dieser für einen bürstenlosen Elektromotor geeignete Permanentmagnetrotor weist ein Joch auf, das durch Laminieren vieler Stahlbögen gebildet ist und eine gerade Anzahl nach außen vorstehender Magnetpole aufweist. Zur Beeinflussung des Magnetflusses ist eine ausgeschnittene Form der Magnetpole vorgesehen. Der bürstenlose Elektromotor soll als Dreiphasen-Vierpolmotor oder als Dreiphasen-Sechspolmotor ausführbar sein.
Die WO 2016/037983 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer Rotoreinheit eines permanent erregten Synchronmotors. Im Rahmen dieses Herstellungsverfahrens werden zunächst Permanentmagnete in Aussparungen eines Blechelementpaketes eingesetzt. Anschließend wird die Anordnung aus dem Blechelementpaket und den Permanentmagneten mit Kunststoff umspritzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelten Permanentmagnetrotor für eine elektrische Maschine, das heißt einen Elektromotor und/oder Generator, anzugeben, welcher sich durch eine hohe mechanische Präzision bei zugleich sowohl fertigungstechnisch als auch elektrotechnisch günstigen Eigenschaften auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor, vorgesehenen Rotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der Rotor ist aus einem Rotorblechpaket aufgebaut, in welchem Permanentmagnete jeweils in einer Aufnahmetasche mit länglichem Querschnitt gehalten, insbesondere eingepresst, sind. An jedem Ende beider Längsseiten jeder Aufnahmetasche ist jeweils eine leere Aussparung angeordnet. Insgesamt sind jeder Aufnahmetasche damit vier Aussparungen zugeordnet. Jede dieser Aussparungen ist kleiner als die zugehörige Aufnahmetasche. Die einzelnen Aussparungen weisen beispielsweise jeweils eine rechteckige Form auf.
Der Vorteil der leeren Aussparungen, welche paarweise an beiden Enden jeder Aufnahmetasche angeordnet sind, liegt insbesondere darin, dass sie Verformungen, welche durch das Einpressen des Permanentmagneten in die Aufnahmetasche entstehen, aufnehmen. Damit wird die Geometrie am Umfang des Rotorblechpaketes durch das Einpressen der Permanentmagnete praktisch nicht beeinflusst. Insbesondere handelt es sich bei dem Durchmesser des Rotorblechpaketes um eine nicht veränderliche Größe. Dies gilt auch in Fällen, in denen die leeren Aussparungen, welche neben den einzelnen Aufnahmetaschen angeordnet sind, keine rechteckige, sondern beispielsweise eine abgerundete Form aufweisen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist jede Aufnahmetasche an ihren insgesamt vier jeweils einer leeren Aussparung benachbarten Umfangsabschnitten jeweils einen nach innen gerichteten Vorsprung auf, welcher zur Kontaktierung des Permanentmagneten vorgesehen ist. Klemmkräfte zwischen dem Permanentmagneten und dem Rotorblechpaket werden damit hauptsächlich in denjenigen Bereichen des Rotorblechpaketes übertragen, welche mittels der leeren Aussparungen signifikant nachgiebig gestaltet sind.
Die in Längsrichtung einer Aufnahmetasche gemessene Länge einer leeren Aussparung ist kürzer als die in derselben Richtung gemessene halbe Länge der Aufnahmetasche. Vorzugsweise beträgt die Summe der in Längsrichtung der Aufnahmetasche gemessenen Längen der an einer Längsseite der Aufnahmetaschen angeordneten leeren Aussparungen mindestens 15% und höchstens 35% der in derselben Richtung gemessenen Länge der Aufnahmetasche.
In bevorzugter Ausgestaltung erstrecken sich die länglichen Querschnitte der Aufnahmetaschen in Radialrichtung des Rotorblechpakets. Insgesamt ist damit eine sternförmige Anordnung der Aufnahmetaschen gegeben.
Zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Aufnahmetaschen ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung jeweils eine längliche, ebenfalls in Radialrichtung ausgerichtete Zusatzaussparung angeordnet. Die leeren, länglichen Zusatzaussparungen fungieren als flussleitende Freimachungen innerhalb des Rotorblechpaketes. In untergeordnetem Maße dienen sie auch der Aufnahme von Verformungen, welche durch das Einpressen der Permanentmagnete, beispielsweise Seltenerdmagnete, in die Aufnahmetaschen verursacht werden.
Die in Radialrichtung gemessene Länge jeder Zusatzaussparung beträgt vorzugsweise mindestens 65% und höchstens 95% der in derselben Richtung gemessenen Länge jeder mit einem Permanentmagneten bestückten Aufnahmetasche.
Die in Tangentialrichtung des Rotorblechpakets gemessene Breite jeder leeren Zusatzaussparung beträgt vorzugsweise mindestens 20% und höchstens 40% der in derselben Richtung gemessenen Breite jeder Aufnahmetasche.
Innerhalb des Querschnitts des Rotorblechpakets sind beispielsweise jeweils acht Aufnahmetaschen und acht Zusatzaussparungen gleichförmig verteilt. Der Winkelabstand zwischen zwei benachbarten Aufnahmetaschen beträgt dementsprechend 45°, wobei die Zusatzaussparungen jeweils mittig zwischen zwei Aufnahmetaschen angeordnet sind.
Der Rotor ist für die Verwendung in einem bürstenlosen Elektromotor geeignet. Beispielsweise handelt es sich hierbei um einen Elektromotor eines elektrischen Nockenwellenverstellers oder einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors.
Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Permanentmagnetrotors,
2 ein Detail des Rotors nach 1,
3 ausschnittsweise ein zweites Ausführungsbeispiel eines Permanentmagnetrotors.

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf beide Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Rotor ist als Permanentmagnetrotor ausgebildet und zur Verwendung in einem bürstenlosen Gleichstrommotor (BDLC-Motor) vorgesehen. Der Elektromotor ist ausgangsseitig mit einem nicht dargestellten Stellgetriebe gekoppelt, welches der Verstellung einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors oder einer Excenterwelle dient. Im Falle einer Excenterwelle ist an diese ein Nebenpleuel angelenkt, welches mit weiteren Komponenten eines Kurbeltriebs eines Hubkolbenmotors derart zusammenwirkt, das dessen Verdichtungsverhältnis verstellbar ist.
Der Rotor 1 umfasst eine Vielzahl an Rotorblechen 3, welche zusammen ein Rotorblechpaket bilden. In den Rotorblechen 3 befinden sich im Querschnitt längliche Aufnahmetaschen 2, in welche Magnete 4, nämlich Permanentmagnete, eingepresst sind. Sämtliche Aufnahmetaschen 2 sind in Radialrichtung des Rotors 1 ausgerichtet. Die einzelnen Permanentmagnete 4 weisen jeweils eine Quaderform auf.
Jeweils zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Aufnahmetaschen 2 befindet sich eine ebenfalls längliche, in Radialrichtung ausgerichtete Zusatzaussparung 5. Die in Radialrichtung des Rotors gemessene Länge der Zusatzaussparung 5 ist mit L_zus , die in tangentialer Richtung gemessene Breite der Zusatzaussparung 5 mit B_Z bezeichnet. Mit L_ges ist die in Radialrichtung gemessene Länge der Aufnahmetasche 2, mit B_A deren in Tangentialrichtung gemessene Breite bezeichnet. An den beiden Enden jeder Längsseite der im Wesentlichen rechteckigen Aufnahmetasche 2 befindet sich eine vergleichsweise kleine leere Aussparung 6. Insgesamt ist die Aufnahmetasche 2 damit von vier leeren Aussparungen 6 umgeben, welche jeweils rechteckig geformt sind. Die Längsseiten der leeren Aussparungen 6 sind hierbei parallel zu den Längsseiten der Aufnahmetasche 2 angeordnet. Die in Radialrichtung des Rotors 1 gemessene Länge der beiden neben einer Längsseite der Aufnahmetasche 2 angeordneten Aussparungen 6 ist mit L₁ , L₂ bezeichnet. In den Ausführungsbeispielen sind die Längen L₁ , L₂ aller Aussparungen 6 identisch. Die Summe aus der Länge L₁ einer ersten Aussparung 6 an einer bestimmten Längsseite der der Aufnahmetasche 2 und der Länge L₂ der zweiten an dieser Längsseite angeordneten Aussparung 6 beträgt mehr als 15% und weniger als 35% der Länge L_ges der Aufnahmetasche 2.
Im Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 weist jede Aufnahmetasche 2 einen rechteckigen Querschnitt auf. Jeder in eine Aufnahmetasche 2 eingepresste Magnet 4 liegt hierbei - abgesehen von eventuellen Verrundungen an den Kanten des Magneten 4 und/oder an den Ecken der Aufnahmetasche 2 - an den gesamten Längsseiten der Aufnahmetasche 2 an.
Im Unterschied hierzu weist in der Ausführungsform nach 3 jede Aufnahmetasche 2 insgesamt vier Vorsprünge 7 auf, welche jeweils ins Innere der Aufnahmetasche 2 gerichtet sind und sich in denjenigen Abschnitten der Längsseiten der Aussparung 2 befinden, welchen jeweils eine leere Aussparung 6 benachbart ist. In diesem Fall wirken hauptsächlich am radial inneren sowie am radial äußeren Ende der Aufnahmetasche 2 Klemmkräfte zwischen dem Magneten 4 und dem Rotorblech 3. In diesen Bereichen durch den gegebenen Klemmverband entstehende Verformungen werden durch die leeren Aussparungen 6 aufgenommen, ohne die Außenkonturen des Rotorblechs 3 zu verändern.
Bezugszeichenliste

1: Rotor
2: Aufnahmetasche
3: Rotorblech
4: Magnet
5: Zusatzaussparung
6: leere Aussparung
7: Vorsprung
B_Z: in Tangentialrichtung gemessene Breite der Zusatzaussparung
B_A: in Tangentialrichtung gemessene Breite der Aufnahmetasche
L₁, L₂: Längen der Aussparungen
L_ges: in Radialrichtung gemessene Länge der Aufnahmetasche
L_zus,: in Radialrichtung gemessene Länge der Zusatzaussparung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006056873 A1 [0002]
EP 1009085 B1 [0003]
WO 2016/037983 A1 [0004]

Claims

Rotor eines Elektromotors, mit einem aus einzelnen Rotorblechen (3) gebildeten Rotorblechpaket, in welchem Magnete (4) in Aufnahmetaschen (2) mit länglichem Querschnitt gehalten sind, wobei jeder Aufnahmetasche (2) mindestens eine leere Aussparung (6) benachbart ist, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Ende beider Längsseiten jeder Aufnahmetasche (2) jeweils eine leere Aussparung (6) angeordnet ist.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Aufnahmetasche (2) an ihren insgesamt vier jeweils einer leeren Aussparung (6) benachbarten Umfangsabschnitten jeweils einen nach innen gerichteten Vorsprung (7) aufweist.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Aufnahmetasche (2) einen rechteckigen Querschnitt beschreibt.
Rotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der in Längsrichtung der Aufnahmetasche (2) gemessenen Längen (L₁, L₂) der an einer Längsseite der Aufnahmetaschen (2) angeordneten leeren Aussparungen (6) mindestens 15% und höchstens 35% der in derselben Richtung gemessenen Länge (L_ges) der Aufnahmetasche (2) beträgt.
Rotor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die länglichen Querschnitte der Aufnahmetaschen (2) in Radialrichtung des Rotorblechpakets erstrecken.
Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Aufnahmetaschen (2) jeweils eine längliche, ebenfalls in Radialrichtung ausgerichtete Zusatzaussparung (5) angeordnet ist.
Rotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in Radialrichtung gemessene Länge (L_zus) jeder Zusatzaussparung (5) mindestens 65% und höchstens 95% der Länge (L_ges) jeder Aufnahmetasche (2) beträgt.
Rotor nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in Tangentialrichtung des Rotorblechpakets gemessene Breite (B_Z) jeder Zusatzaussparung (5) mindestens 20% und höchstens 40% der Breite (B_A) jeder Aufnahmetasche (2) beträgt.
Rotor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Querschnitt des Rotorblechpakets jeweils acht Aufnahmetaschen (2) und Zusatzaussparungen (5) gleichförmig verteilt sind.
Verwendung eines Rotors nach Anspruch 1 in einem Elektromotor eines Stellantriebs eines Verbrennungsmotors, nämlich eines elektrischen Nockenwellenverstellers oder einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors.