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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Rotor für einen bürstenlosen Elektromotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Elektromotor sowie einen Scheibenwischermotor, jeweils unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Rotors.
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Aus der nachveröffentlichten
DE 10 2017 121 211 A1 der Anmelderin ist ein Rotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt. Der Rotor dient als Bestandteil eines bürstenlosen Elektromotors, der wiederum in einem Scheibenwischermotor eingebaut ist. Am Außenumfang des topfförmig ausgebildeten Rotors sind Magnetelemente befestigt, die mit Drahtwicklungen zusammenwirken, die Teil eines ortsfest angeordneten Stator sind. Der Rotor ist in Form eines aus Blech bestehenden Tiefziehteils ausgebildet. Ein derartiges Tiefziehteil hat zwar den Vorteil, dass es insbesondere bei großen Stückzahlen relativ preiswert herstellbar ist, jedoch ist dessen geometrische Exaktheit bzw. sind dessen Bauteiltoleranzen relativ groß. Dies führt mit Blick auf die aus Fertigungsgründen gewählten Toleranzmaße insbesondere aus physikalischer Sicht zu einem noch nicht optimalen Wirkungsgrad des Elektromotors.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Rotor für einen bürstenlosen Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass er sich besonders exakt und genau fertigen lässt und damit einen Elektromotor mit einem relativ hohen Wirkungsgrad ermöglicht. Darüber hinaus ermöglicht es die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Rotors insbesondere bei relativ geringen Stückzahlen oder im Prototypenbau, bei dem auf die Fertigung eines relativ kostenintensiven Tiefziehwerkzeugs verzichtet werden soll, eine variable und relativ kostengünstige Fertigung des Rotors. Dies ergibt sich daraus, dass die erfindungsgemäß vorgesehenen, zur Ausbildung des Rotors dienenden Rotorbleche beispielsweise als Stanzbauteile, oder aber mittels einer Laserstrahleinrichtung oder ähnlichem relativ einfach und mit sehr hoher Exaktheit gefertigt werden können.
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Konkret schlägt es die Lehre der Erfindung gemäß seines Anspruchs 1 vor, den Rotor aus mehreren, insbesondere ebenen, vorzugsweise als Stanzteile ausgebildeten Rotorblechen auszubilden, die in einer senkrecht zur Längsachse bzw. Drehachse des Rotors verlaufenen Ebene miteinander verbunden sind. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist ein derartiger Rotor somit nicht nur aus einem einzigen (tiefgezogenen) Metallteil ausgebildet, sondern besteht in der Regel aus einer Vielzahl, beispielsweise zwischen 20 und 50 miteinander verbundenen, jeweils vorzugsweise ebenen Rotorblechen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Rotors für einen bürstenlosen Elektromotor sind in den Unteransprüchen aufgeführt. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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In einer geometrisch bevorzugten Ausgestaltung des Rotors ist dieser becher- bzw. topfförmig mit einer Öffnung ausgebildet, wobei ein Befestigungsabschnitt am Rotor, der der Befestigung mit einer Welle zur drehbaren Lagerung des Rotors dient, im Bereich eines stirnseitigen Endbereichs des Rotors auf der der Öffnung gegenüberliegenden Seite des Rotors angeordnet ist.
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Vorzugsweise ist die Außenseite bzw. der Außenumfang der Rotorbleche im Befestigungsbereich des wenigstens einen Magnetelements kreisförmig ausgebildet. Die ermöglicht den Einsatz von im Querschnitt kreisbogenförmig ausgebildeten Magnetelementen konstanter Dicke. Dadurch ergibt sich zwischen dem Magnetelement und der mit dem Magnetelement zusammenwirkenden Drahtwicklung des Stators bei der Drehung des Rotors ein besonders gleichförmiges Magnetfeld, das in einer entsprechenden gleichförmigen Bewegung des Rotors mit einer damit verbundenen geringen Drehzahlwelligkeit resultiert.
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In Weiterbildung des zuletzt gemachten Vorschlags ist es vorgesehen, dass die Rotorbleche zumindest im Befestigungsbereich des wenigstens einen Magnetelements eine kreisförmige innere Umfangswand aufweisen. Damit weist der Rotor im Befestigungsbereich des wenigstens einen Magnetelements eine konstante Wanddicke auf. Dies minimiert insbesondere den Materialbedarf für die Rotorbleche und homongenisiert das Magnetfeld.
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Um auf möglichst einfache Art und Weise die Länge des Befestigungsabschnitts am Rotor für die Welle dem jeweiligen Anwendungsfall anpassen zu können, weist der Befestigungsabschnitt wenigstens ein, vorzugsweise mehrere, insbesondere als Stanzteile ausgebildete Lagerbleche auf, die in einer senkrecht zur Längs- bzw. Drehachse des Rotors verlaufenen Ebene miteinander verbunden sind. Durch die Anzahl der Lagerbleche lässt sich auf besonders einfache Art und Weise die axiale Länge bzw. der axiale Überlappungsbereich des Befestigungsabschnitts mit der Welle beeinflussen.
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Um die axiale Baulänge des Rotors zu minimieren, d.h. einen möglichst großen Bereich der axialen Baulänge des Rotors zur Befestigung des wenigstens einen Magnetelements verwenden zu können, ist es vorgesehen, dass die Lagerbleche eine der Form der Rotorbleche entsprechende Außenkontur aufweisen, sodass die Rotorbleche zusammen mit den Lagerblechen eine insbesondere zylindrische äußere Umfangswand ausbilden.
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Zur Gewichtsminimierung der Lagerbleche weist eine konstruktiv bevorzugte Ausgestaltung der Lagerbleche einen vorzugsweise ringförmigen Lagerbereich mit einer Durchgangsöffnung zur Aufnahme der Welle auf, wobei der Lagerbereich mittels mehrerer, vorzugsweise in gleichmäßigen Winkelabständen um die Längsachse und radial zur Längsachse sich erstreckender Verbindungsabschnitte mit einem ringförmigen Außenbereich der Lagerfläche verbunden sind. Dadurch werden im Bereich der Verbindungsabschnitte zwischen diesen Freiräume ausgebildet, in denen kein Material vorgesehen ist.
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Eine weitere Optimierung des Befestigungsabschnitts zur Verlängerung des Bereichs, an dem dieser mit der Welle verbunden ist, sieht vor, dass in Richtung der Längsachse wenigstens ein, eine Durchgangsöffnung aufweisendes Verlängerungsblech mit dem Lagerblech verbunden ist. Insbesondere ist das wenigstens eine Verlängerungsblech ringförmig und vorzugsweise als Stanzteil ausgebildet.
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Je nach Anforderung ist es dabei möglich, dass das wenigstens eine Verlängerungsblech in Richtung der Längsachse betrachtet auf der den Rotorblechen zugewandten Seite, oder aber auf der dem Rotorblechen abgewandten Seite angeordnet ist. Es ist auch denkbar, Verlängerungsbleche vorzusehen, die sowohl auf der den Rotorblechen zugewandten Seite, als auch der den Rotorblechen abgewandten Seite angeordnet sind.
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Die Verbindung der einzelnen Bleche, insbesondere der Rotorbleche und ggf. der Lagerbleche und der Verlängerungsbleche erfolgt in fertigungstechnisch bevorzugter Art und Weise durch eine stoffschlüssige Verbindung. Diese stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch einen Backlack erfolgen, mit dem die entsprechenden Bauteile beschichtet worden sind.
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Die Erfindung umfasst auch einen bürstenlosen Elektromotor mit einem Rotor, der auf die oben beschriebene Art und Weise erfindungsgemäß ausgebildet ist.
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In Weiterbildung dieses Elektromotors ist es vorgesehen, dass der Rotor im Bereich des Befestigungsabschnitts mit der Welle verbunden ist, und dass die Welle in wenigstens einem im axialen Überdeckungsbereich mit dem Rotor angeordneten Lagerelement drehbar gelagert ist.
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Zuletzt umfasst die Erfindung auch einen Scheibenwischermotor mit einem erfindungsgemäßen bürstenlosen Elektromotor bzw. einem auf die erfindungsgemäße Art und Weise ausgebildeten Rotor.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
- 1 eine perspektivische Schnittdarstellung eines Teilbereichs eines bürstenlosen Elektromotors im Bereich seines Rotors,
- 2 eine perspektivische Darstellung eines aus einer Vielzahl von Rotorblechen zusammengesetzten Rotors, wie er bei dem Elektromotor der 1 verwendet wird,
- 3 einen Längsschnitt durch einen gegenüber den 1 und 2 abgewandelten Rotor,
- 4 eine perspektivische Darstellung eines nochmals abgewandelten Rotors und
- 5 eine perspektivische Darstellung auf einen teilweise geschnitten dargestellten Scheibenwischermotor.
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 5 ist ein Scheibenwischermotor 1 zum zumindest mittelbaren Antreiben eines in der 5 nicht dargestellten Wischblatts einer Wischanlage zum Reinigen einer Fahrzeugscheibe dargestellt. Der Scheibenwischermotor 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in dem ein Getrieberad 3 drehbar gelagert ist, das zumindest mittelbar auf eine Abtriebsachse 4 wirkt. Die Außenverzahnung des Getrieberads 3 kämmt mit einer Gegenverzahnung einer Antriebswelle 5, die zumindest mittelbar von einem Elektromotor 100 angetrieben ist, wobei der Elektromotor 100 als bürstenloser Elektromotor 100 ausgebildet ist.
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Der Elektromotor 100 weist, wie insbesondere anhand der 1 und 2 an einem ersten Ausführungsbeispiel erkennbar ist, ein in etwa ringförmiges Motorgehäuse 12 auf, in dessen Innenraum 14 ein um eine Drehachse bzw. um eine Längsachse 16 drehbar gelagerter Rotor 10 angeordnet ist.
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Hierzu weist das Motorgehäuse 12 einen radial um die Längsachse 16 umlaufenden, parallel zur Längsachse 16 des Rotors 10 verlaufenden Einzug 18 auf, der ein Lagerelement 20 an seiner Außenseite radial umfasst. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das Motorgehäuse 12 als Tiefziehteil aus Blech ausgebildet ist und das Lagerelement 20 durch Einpressen in dem Einzug 18 angeordnet bzw. eingesetzt ist. Das Lagerelement 20 dient wiederum der drehbaren Lagerung einer Welle 22, die entweder als ein von der Antriebswelle 5 separates Bauteil ausgebildet sein kann, oder aber es kann sich dabei um die Antriebswelle 5 selbst handeln, wie in der 1 dargestellt. Auf einer axialen Teillänge der Welle 22 ist der Rotor 10 drehfest mit der Welle 22 verbunden.
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Wie insbesondere anhand einer Zusammenschau der 1 und 2 erkennbar ist, besteht der Rotor 10 aus einer Vielzahl von in einer senkrecht zur Längsachse 16 verlaufenden Ebene miteinander verbundenen Blechen. Bei den Blechen handelt es sich einerseits um Rotorbleche 24, und andererseits um Lagerbleche 26, die jeweils beispielsweise eine Dicke von 2mm aufweisen. Die Verbindung zwischen den Rotorblechen 24 und/oder den Lagerblechen 26 zur Ausbildung des Rotors 10 erfolgt insbesondere mittels einer stoffschlüssigen Verbindung. Hierzu kann es vorgesehen sein, dass die Rotorbleche 24 bzw. die Lagerbleche 26 beispielsweise an ihren beiden Oberflächen bzw. Stirnflächen mit einem Backlack versehen bzw. beschichtet sind. Die Rotorbleche 24 und die Lagerbleche 26 bilden eine radial um die Längsachse 16 umlaufende, zylindrische Umfangswand 25 des Rotors 10 aus.
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Sowohl die Rotorbleche 24, als auch die Lagerbleche 26 können insbesondere als Stanzteile aus Blech ausgebildet sein. Es ist jedoch auch denkbar, die Rotorbleche 24 bzw. Lagerbleche 26 beispielsweise mittels einer Laserstrahlanlage aus Blechplatten jeweils individuell auszutrennen. Sowohl die Rotorbleche 24 als auch die Lagerbleche 26 weisen jeweils eine kreisförmige Außenkontur 28 auf, die eine Außenseite des Rotors 10 ausbildet. Vorzugsweise über die gesamte axiale Länge des Rotors 10 sind mit dem Außenkontur 28 bzw. der Außenseite des Rotors 10 Magnetelemente 30, 32 verbunden, beispielsweise durch Klebeverbindungen. Die Magnetelemente 30, 32 wirken in an sich bekannter Art und Weise mit in einem radialen Zwischenraum 34 des Motorgehäuses 12 angeordneten, und in den Figuren nicht dargestellten Drahtwicklungen eines Stators zusammen.
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Zur Detektion der Drehwinkellage des Rotors 10 und somit der Magnetelemente 30, 32 zur Ansteuerung der Drahtwicklungen ist auf der Welle 22 weiterhin außerhalb des Rotors 10 ein Magnetelementträger 36 drehfest angeordnet, der als Bestandteil eines Hallsensors zur berührungslosen Detektion der Drehwinkelstellung des Rotors 10 dient.
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Die Rotorbleche 24 weisen nicht nur eine kreisförmige Außenform auf, sondern auch eine kreisförmige Innenkontur 38 bzw. eine kreisförmige innere Umfangswand 39. Wie insbesondere anhand der 1 erkennbar ist, sind die Rotorbleche 24 insbesondere im axialen Überdeckungsbereich mit dem Lagerelement 20 angeordnet. Demgegenüber dienen die axial von dem Lagerelement 20 beabstandeten Lagerbleche 26 der Befestigung des Rotors 10 auf der Welle 22. Die Lagerbleche 26 weisen neben einem ringförmigen Außenbereich 42 einen ebenfalls ringförmigen Innenbereich 44 mit einer Durchgangsöffnung 49 als Lagerbereich auf, der einen Befestigungsabschnitt 45 ausbildet, über den die Lagerbleche 26 mit der Welle 22 verbunden sind. Der Befestigungsabschnitt 45 ist an einem stirnseitigen Endbereich 47 des Rotors 10 angeordnet. Zwischen dem Innenbereich 44 und dem Außenbereich 42 sind mehrere, vorzugsweise in gleichmäßigen Winkelabständen um die Längsachse 16 und radial zur Längsachse 16 sich erstreckende Verbindungsabschnitte 46 angeordnet. Dadurch ergeben sich in Umfangsrichtung zwischen den Verbindungsabschnitten 46 Aussparungen 48 zur Gewichtsersparung. Die Anzahl bzw. Dicke der Lagerbleche 26 bestimmt insbesondere die axiale Länge, über die der Rotor 10 mit der Welle 22 verbunden ist.
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Insbesondere, um die axiale Länge für die Verbindung mit dem Lagerelement 20 zu verlängern, oder aber den Ort der Verbindung zwischen dem Rotor 10 und dem Lagerelement 20 zu beeinflussen, kann es entsprechend der Darstellung der 3 vorgesehen sein, dass beispielhaft auf der einen Öffnung 50 des topfförmigen Rotors 10 abgewandten Endbereich 47 am Befestigungsabschnitt 45 zusätzlich mehrere, jeweils ringförmige Verlängerungsbleche 52 mit Durchgangsöffnungen 49 angeordnet sind. Die Verlängerungsbleche 52 sind untereinander sowie mit den Lagerblechen 26 ebenfalls über die angesprochenen stoffschlüssigen Verbindungen verbunden und vorzugsweise ebenfalls als Stanzteile ausgebildet.
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Optional kann es vorgesehen sein, dass auch im Bereich der topfförmigen Öffnung 50 des Rotors 10 entsprechende Verlängerungsbleche 52 angeordnet sind, was in der Darstellung der 3 zusätzlich dargestellt ist.
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Der soweit beschriebene Rotor 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Scheibenwischermotor
- 2
- Gehäuse
- 3
- Getrieberad
- 4
- Abtriebsachse
- 5
- Antriebswelle
- 10
- Rotor
- 12
- Motorgehäuse
- 14
- Innenraum
- 16
- Längsachse
- 18
- Einzug
- 20
- Lagerelement
- 22
- Welle
- 24
- Rotorblech
- 25
- Umfangswand
- 26
- Lagerblech
- 28
- Außenkontur
- 30, 32
- Magnetelement
- 34
- Zwischenraum
- 36
- Magnetelementträger
- 38
- Innenkontur
- 39
- Umfangswand
- 42
- Außenbereich
- 44
- Innenbereich
- 45
- Befestigungsabschnitt
- 46
- Verbindungsabschnitt
- 47
- Endbereich
- 48
- Aussparung
- 49
- Durchgangsöffnung
- 50
- Öffnung
- 52
- Verlängerungsblech
- 100
- Elektromotor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017121211 A1 [0002]
