-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung einer Mehrzahl von Ankerblechen zu einem Ankerblechpaket zur Verwendung in einem Rotor eines Elektromotors. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Rotor zur Verwendung in einem Elektromotor, wobei der Rotor solch eine Anordnung von Ankerblechen aufweist, sowie einen Elektromotor mit einem solchen Rotor.
-
Aus dem Stand der Technik sind Elektromotoren bekannt, deren Rotoren mit quaderförmigen Permanentmagneten versehen sind, die in einer sogenannten Speichen-Anordnung, auch als „Spoke-Design“ bezeichnet, über den Umfang eines Pole bildenden Ankerblechpakets in dem Ankerblechpaket vergraben angeordnet sind. Das Ankerblechpaket, welches dabei sternartig ausgebildet ist und in welchem die einzelnen Magnete in radialer Richtung hochkant ausgerichtet sind, stellt zugleich das Bindeglied zu einer Welle dar, über die ein Drehmoment zu übertragen ist. Die Anordnung aus dem Ankerblechpaket und den einzelnen Magneten kann ferner mit einem Kunststoff zur strukturellen Unterstützung umspritzt sein.
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Pole bildendes Ankerblechpaket zur Verwendung in einem Rotor eines Elektromotors bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöst. Die Ansprüche 7, 8, 9 und 10 stellen zudem einen Rotor, einen Elektromotor, eine Aktuatoreinheit und ein Fahrzeug unter Schutz. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Es wird eine Anordnung einer Mehrzahl von jeweils einstückig ausgebildeten, sternartig geformten, identischen Ankerblechen einer ersten Blechstärke vorgeschlagen, wobei die Ankerbleche zu einem Ankerblechpaket zur Verwendung in einem Rotor eines Elektromotors angeordnet sind.
-
Die einzelnen Ankerbleche weisen dabei N/2 radial äußere, Pole bildende Ankerblechabschnitte auf sowie einen radial inneren, zumindest im Wesentlichen ringförmig ausgebildeten Ankerblechabschnitt, an welchem die N/2 radial äußeren Ankerblechabschnitte über einen jeweils zugeordneten stegartigen Verbindungsabschnitt angeformt sind.
-
Dabei sind abwechselnd nacheinander je ein Ankerblech in einer ersten Einbaulage und je ein Ankerblech in einer zweiten, gegenüber der ersten Einbaulage winkelversetzt angeordneten Einbaulage zum Ankerblechpaket aufgestapelt, so dass die N/2 Ankerblechabschnitte der beiden Einbaulagen zusammen N Ankerblöcke des Ankerblechpakets zur Aufnahme von Permanentmagneten bilden.
-
Zur abstandslosen Aufstapelung der jeweiligen N/2 Ankerblechabschnitte wird dabei vorgeschlagen, zwischen zwei Ankerblechabschnitten zweier benachbarter Ankerbleche der gleichen Einbaulage mindestens eine gesonderte Blechlage in Gestalt eines einzelnen, lose ausgebildeten Ankerblechabschnitts einer zweiten Blechstärke anzuordnen. Diese gesonderte Blechlage füllt den jeweiligen sich einstellenden Zwischenraum zwischen den beiden Ankerblechabschnitten zweier benachbarter Ankerbleche der gleichen Einbaulage aus.
-
Dabei ist zwischen den einzelnen stegartigen Verbindungsabschnitten der Ankerbleche der gleichen Einbaulage eine Beabstandung ausgebildet, welche der zweiten Blechstärke entspricht.
-
Unter einem sternartig geformten Ankerblech ist dabei ein Ankerblech zu verstehen, welches einen zumindest im Wesentlichen ringförmigen Ankerblechabschnitt umfasst, an welchem stegartige Verbindungsabschnitte angeformt sind, an welche sich jeweils ein radial äußerer, einen Pol bildender Ankerblechabschnitt anschließt.
-
Unter der ersten Blechstärke des Ankerblechs ist dabei eine Blechdicke zu verstehen, in welcher das sternartig geformte Ankerblech geformt ist. Unter der zweiten Blechstärke hingegen ist eine Blechdicke zu verstehen, in welcher die einzelnen gesonderten Blechlagen bzw. die einzelnen, lose ausgebildeten Ankerblechabschnitte zur abstandslosen Aufstapelung der jeweiligen N/2 radial äußeren Ankerblechabschnitte geformt sind. Da jeweils zwischen zwei der N/2 radial äußeren Ankerblechabschnitte der gleichen Einbaulage mindestens ein solch einzelner, lose ausgebildeter Ankerblechabschnitt vorgesehen ist, kann unter der zweiten Blechstärke eine Anordnung von entweder einem einzigen oder von zwei oder mehreren lose ausgebildeten Ankerblechabschnitten verstanden werden. In jedem Fall entspricht die zweite Blechstärke mindestens der ersten Blechstärke oder ist sogar größer (zweite Blechstärke ≥ erste Blechstärke) . Sofern die zweite Blechstärke tatsächlich größer als die erste Blechstärke ist, dann stellt sich der Blechdickenunterschied als ein Faktor größer 1 dar, wobei der Faktor auch ein Mehrfaches von 1 sein kann.
-
Durch die zuvor erwähnte Beabstandung, die sich zwischen den einzelnen stegartigen Verbindungsabschnitten der Ankerbleche der gleichen Einbaulage einstellt und welche der zweiten Blechstärke entspricht, kann ein sich über diese Verbindungsabschnitte zu einer mit der Anordnung der Ankerbleche verbindbaren Welle darstellender magnetischer Abfluss auf ein Minimum reduziert werden. Somit lassen sich die mit einem solchen magnetischen Abfluss einhergehenden Verluste in einem eine solche Blechanordnung aufweisenden Rotor eines Elektromotors reduzieren.
-
Dies lässt sich zudem weiter optimieren, indem man die einzelnen stegartigen Verbindungsabschnitte möglichst schmal ausgestaltet.
-
Nach einer Ausführungsform können die jeweils benachbarten und winkelversetzt zueinander angeordneten Ankerbleche derart winkelversetzt zueinander angeordnet sein, dass die zusammen gebildeten N radial äußeren, Ankerblechabschnitte in einer Umfangsrichtung der Anordnung gleichmäßig zueinander beabstandet sind.
-
Nach einer weiteren Ausführungsform können die jeweiligen lose ausgebildeten Ankerblechabschnitte der zweiten Blechstärke zur abstandslosen Aufstapelung der jeweiligen N/2 radial äußeren Ankerblechabschnitte eine zu den N/2 radial äußeren Ankerblechabschnitten identische Formgebung aufweisen.
-
Nach einer weiteren Ausführungsform, bei der zwischen jeweils zwei benachbarten Ankerblöcken ein Permanentmagnet angeordnet ist, ist zumindest innenliegend zu den einzelnen Ankerblöcken und Permanentmagneten eine Kunststoffumspritzung zur strukturellen Unterstützung vorgesehen, die sich zwischen den stegartigen Verbindungsabschnitten der beiden Einbaulagen der Ankerbleche erstreckt. Die Kunststoffumspritzung kann dabei aus einem umspritzten thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff ausgebildet sein. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei einer besonders schmalen Ausgestaltung der zuvor erwähnten einzelnen stegartigen Verbindungsabschnitte der Ankerbleche, weil sich dadurch der zuvor erwähnte, sich über diese Verbindungsabschnitte einstellende magnetische Abfluss auf die mit der Anordnung der Ankerbleche verbindbare Welle auf ein Minimum reduzieren lässt. Somit lassen sich die mit dem magnetischen Abfluss einhergehenden Verluste in einem eine solche Anordnung aufweisenden Rotor eines Elektromotors reduzieren. Eine derartige Kunststoff¬umspritzung ist daher optional zu verstehen und trägt einerseits zur strukturellen Unterstützung und andererseits zur Gewichtseinsparung eines derartig vorgeschlagenen Ankerblechpakets bei.
-
Das Ankerblechpaket kann dabei aus gestanzten Ankerblechen zusammengesetzt sein. Grundsätzlich kann es sich aber bei den einzelnen Ankerblechen auch um z.B. mittels eines Lasers geschnittene Bleche oder auch um gesinterte Bleche handeln.
-
Die einzelnen zwischen je zwei benachbarten Ankerblöcken angeordneten Magnete können dabei quaderförmig und/oder kegelförmig ausgebildet sein.
-
Es wird ferner ein Elektromotor mit einem Rotor der zuvor beschriebenen Art vorgeschlagen.
-
Ferner wird eine Aktuatoreinheit mit einem Elektromotor der zuvor beschriebenen Art vorgeschlagen. Unter einer Aktuatoreinheit ist dabei eine Stelleinheit zu verstehen, die neben einem Elektromotor der zuvor beschriebenen Art auch eine Steuerelektronik aufweist. Dabei kann es sich z.B. um eine Stelleinheit für ein sogenanntes Kühlwasserregelventil handeln, die neben einem Elektromotor mit dem zuvor beschriebenen, vorgeschlagenen Rotor auch eine Steuerelektronik umfasst.
-
Darüber hinaus wird ein Fahrzeug mit einem Elektromotor und/oder einer Aktuatoreinheit der zuvor beschriebenen Art vorgeschlagen.
-
Im Weiteren wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Figurendarstellungen im Einzelnen erläutert. Aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen ergeben sich weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Hierzu zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines sternartig geformten Ankerblechs in Verbindung mit mehreren einzelnen, lose ausgebildeten Ankerblechabschnitten,
- 2 eine perspektivische Darstellung zweier benachbarter und winkelversetzt zueinander angeordneter Ankerbleche in Verbindung mit mehreren einzelnen, lose ausgebildeten Ankerblechabschnitten,
- 3 eine perspektivische Darstellung einer vorgeschlagenen Anordnung von Ankerblechen entsprechend der 1 und
- 4 eine Darstellung eines vorgeschlagenen Rotors mit einer unterstützenden Kunststoffstruktur.
-
1 veranschaulicht beispielhaft ein sternartig gestanztes, einstückiges Ankerblech 2, welches mit einer dünnen Schicht eines Isolationslacks überzogen ist, wobei der Isolationslack eine hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit, eine hohe Dauertemperaturbeständigkeit sowie eine gute Chemikalien-Beständigkeit aufweist. Das Ankerblech 2 weist dabei fünf radial äußere, Pole bildende Ankerblechabschnitte 6 auf sowie einen radial inneren, zumindest im Wesentlichen ringförmig ausgebildeten Ankerblechabschnitt 10, an welchem die fünf radial äußeren Ankerblechabschnitte 6 über einen jeweils zugeordneten stegartigen Verbindungsabschnitt 8 angeformt sind. Den einzelnen Ankerblechabschnitten 6 ist dabei jeweils eine gesonderte Blechlage in Gestalt eines einzelnen, lose ausgebildeten Ankerblechabschnitts 6l der vorzugsweise gleichen Formgebung und Blechstärke zugeordnet.
-
2 veranschaulicht zwei Ankerbleche 2 entsprechend der 1, wobei die beiden Ankerbleche 2 zueinander derart winkelversetzt angeordnet sind, dass sie zusammen zehn radial äußere, gleichmäßig zueinander beabstandete Ankerblechabschnitte 6 bilden. Jedem einzelnen dieser Ankerblechabschnitte 6 ist dabei jeweils ein einzelner, lose ausgebildeter Ankerblechabschnitt 61 der vorzugsweise gleichen Formgebung und Blechstärke zugeordnet. Diese einzelnen Ankerblechabschnitte 61 - die als Füllbleche bzw. Füllblechlagen fungieren - dienen dabei der abstandslosen Aufstapelung der insgesamt 10 Ankerblechabschnitte 6 zu einzelnen Ankerblöcken 4I , 4II des Ankerblechpakets 4 (vgl. 3).
-
Die in 3 dargestellten insgesamt 10 Ankerblöcke 4I , 4II setzen sich demnach zusammen aus den Ankerblöcken 4I einer ersten Einbaulage der Ankerbleche 2 und den Ankerblöcken 4II einer zweiten Einbaulage der Ankerbleche 2, wobei die zweite Einbaulage gegenüber der ersten Einbaulage derart winkelversetzt ist, dass die 10 Ankerblöcke 4I , 4II in einer Umfangsrichtung des Ankerblechpakets 4 zweckmäßigerweise gleichmäßig zueinander beabstandet sind. Ein solcher Winkelversatz ermöglicht vorteilhafterweise die Verwendung einer einzigen Magnetgröße.
-
In 3 ist dabei deutlich zu erkennen, dass zwischen den einzelnen stegartigen Verbindungs¬abschnitten 8 der Ankerbleche 2 der gleichen Einbaulage eine Beabstandung 14 ausgebildet ist, die als solche gewollt ist und der Blechstärke des Ankerblechs 2 entspricht, wobei - wie schon zuvor erwähnt - die Blechstärke des Ankerblechs 2 zur Blechstärke des Ankerblechabschnitts 6l korrespondiert.
-
Durch diese einzelnen Beabstandungen 14 kann ein sich über diese Verbindungsabschnitte 8 zu einer mit der Anordnung der Ankerbleche 2 verbindbaren Welle darstellender magnetischer Abfluss auf ein Minimum reduziert werden. Somit lassen sich die mit einem solchen magnetischen Abfluss einhergehenden Verluste in einem eine solche Blechanordnung aufweisenden Rotor eines Elektromotors reduzieren.
-
Ferner ist der 3 zu entnehmen, dass zwischen zwei benachbarten Ankerblöcken 4I , 4II jeweils ein quaderförmig ausgebildeter, geschliffener Permanentmagnet 12 angeordnet ist. Die Anordnung der insgesamt zehn Permanentmagnete 12 über den Umfang des Ankerblechpakets 4 entspricht dabei einer sogenannten Speichen-Anordnung, auch bekannt als „Spoke-Design“. Dabei sind die Permanentmagnete 12 in dem Ankerblechpaket 4 vergraben angeordnet und jeweils zumindest im Wesentlichen radial zur sternartigen Struktur des Ankerblechpakets 4 ausgerichtet.
-
An den einander zugewandten Seiten zweier benachbarter Ankerblöcke 4I , 4II ist bezüglich des Ankerblechpakets 4 radial außen je eine Nase bzw. Sicherungsnase ausgebildet, die den dazwischen angeordneten Permanentmagnet 12 einfasst und fixiert. Diese Nasen fungieren dabei einerseits als Anschlagsmittel zur Positionierung des jeweiligen Magneten und andererseits als Sicherungsmittel gegenüber einer auf den jeweiligen Magneten wirkenden Fliehkraft, die sich als solche im Betrieb eines ein solches Ankerblechpaket umfassenden Rotors eines Elektromotors einstellt.
-
4 veranschaulicht beispielhaft einen zehnpoligen Rotor 20 in einer sogenannten Sammler-Bauweise mit dem in der 3 dargestellten Ankerblechpaket 4. Ein Rotor in einer solchen Sammler-Bauweise sammelt die Magnetfeldlinien zweier benachbarter Magnete, um sie dann gebündelt radial in einen Stator abzuführen. Der seitens eines Ankerblocks 4I , 4II durch diese Sammler-Bauweise gebildete Nordpol stellt im Ergebnis einen gegenüber einem einzelnen Magneten 12 doppelt so starken Nordpol dar.
-
Mittels eines im Wesentlichen mittig ausgebildeten Langlochs 18 in den einzelnen Ankerblechabschnitten 6, 6l sind diese Ankerblechabschnitte 6, 6l zu den einzelnen Ankerblöcken 4I , 4II zusammengesetzt, indem die Ankerblechabschnitte 6, 6l mittels eines entsprechenden - hier nicht dargestellten - Fixierstifts aufeinander gestapelt sind, der sich durch ein solches Langloch 18 erstreckt. Die einzelnen Langlöcher 18 sind dabei bezüglich des Ankerblechpakets 4 radial hochkant ausgerichtet.
-
Die einzelnen Blechlagen eines Ankerblocks 4I , 4II werden dabei mittels einer - hier nicht dargestellten - Verprägung zusammengehalten, die mittels eines Stanzstempels erzeugt wird und sich in einer axialen Richtung X - X des Ankerblechpakets 4 über die gesamte Länge eines zugeordneten Ankerblocks 4I , 4II erstreckt, so dass zwischen den einzelnen Blechlagen ein Formschluss entsteht, der die Blechlagen zusammenhält.
-
Innenliegend zu den einzelnen Ankerblöcken 4I , 4II und Permanentmagneten 12 kann dabei eine Kunststoffumspritzung 16 zur strukturellen Unterstützung vorgesehen sein, die sich als solche zwischen den stegartigen Verbindungsabschnitten 8 der beiden Einbaulagen der Ankerbleche 2 erstreckt. Die Kunststoffumspritzung 16 kann sich dabei auch zumindest zum Teil durch die einzelnen Langlöcher 18 erstrecken, je nach Ausführung des Werkzeugs zur Kunststoffumspritzung. Auch kann die Kunststoffumspritzung 16 derart ausgebildet sein, dass sie die jeweils zwischen zwei benachbarten Ankerblöcken 4I , 4II gebildeten Nuten, die durch die beiden Ankerblöcke 4I , 4II und dem dazwischen angeordneten Magneten 12 gebildet sind, ausgefüllt und somit abgedeckt. Diese die Nuten ausfüllenden und abdeckenden Spritzgussabschnitte 26 können dabei bündig mit der Außenseite der jeweiligen Ankerblöcke 4I , 4II abschließen.
-
Zudem sind die Abmessungen der Ankerblöcke 4I , 4II in Umfangsrichtung so gewählt, dass die einzelnen Magnete 12 in die durch die Ankerblöcke 4I , 4II gebildeten Aufnahmeschächte eingeführt werden können, ohne dabei wesentlich zerkratzt zu werden. Die sich dabei nach der Einführung zwangsläufig zwischen den einzelnen Magneten 12 und den zugeordneten Ankerblöcken 4I , 4II einstellenden Abstände bzw. Luftspalte, die etwa 0,1 bis 0,3 mm betragen können, werden daher beim Umspritzen der Anordnung aus den einzelnen Ankerblöcken 4I , 4II und Magneten 12 mit einem Kunststoff ausgefüllt.
-
Ferner ist in der 4 gut zu erkennen, dass die jeweiligen Ankerblöcke 4I , 4II an einer einer Rotormittelachse X - X zugewandten Innenseite konkav ausgebildet sind. Diese konkave Ausbildung der Innenseite wird dabei durch zwei zueinander geneigte Seitenabschnitte definiert, die eine V-Form bilden. Diese einzelnen V-Formen bilden dabei bezüglich des Ankerblechpakets 4 eine im Wesentlichen polygonale Form mit insgesamt 10 Ecken, die gegenüber der Kunststoffumspritzung 16 einen Formschluss bildet. Insofern stellt eine solche V-Form auch ein Verankerungsmittel gegenüber der Kunststoffumspritzung 16 dar.
-
Der durch die Aufstapelung einer Mehrzahl von einzelnen Ankerblechen 2 gebildete hohlzylinderförmige Nabenabschnitt 24 des Rotors 20 (vgl. 4) ist mit einer - hier nicht dargestellten - Welle oder Nabe zur Verbindung mit einer Welle verbindbar. Die diesbezüglichen Verbindungsmöglichkeiten sind dem Fachmann als solche bekannt, so dass auf diese nicht weiter eingegangen wird.
-
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
