-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit einem Rotorträger zum Tragen von Rotorsegmenten und Rotormagneten. Mit solchen bürstenlosen Gleichstrommotoren sind beispielsweise elektrische Pumpen-Aktoren zum Betätigen von Komponenten eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, wie z. B. (Automatik-)Getriebe, antreibbar.
-
Bürstenlose Gleichstrommotoren besitzen üblicherweise ein massives innen liegendes Joch oder eine Welle, entweder aus Vollmaterial oder aus Sintermaterial.
-
Das Joch aus Vollmaterial oder Sintermaterial ist teuer in der Herstellung und den Materialkosten. Zudem weist das Joch aus Vollmaterial oder Sintermaterial ein hohes Gewicht auf und besitzt einen vergleichsweise hohen Querschnitt.
-
Weiterhin müssen Streuflüsse, die durch einen Kurzschluss von Magnetfeldlinien entstehen vermieden werden, da diese andernfalls die Leistung des bürstenlosen Gleichstrommotors reduzieren.
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere einen Rotor für einen bürstenlosen Gleichstrommotor anzugeben, der kostengünstig herstellbar und mit dem Streuflüsse zumindest teilweise reduzierbar oder verhinderbar sind.
-
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Rotor gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Rotors sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängigen Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltung der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung dargestellt werden.
-
Hierzu trägt ein Rotor für einen bürstenlosen Gleichstrommotor bei, der zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
- - eine Mehrzahl von Rotorsegmente zu Realisierung eines Magnetkreises, wobei die Rotorsegmente ringförmig um eine Drehachse des Rotors angeordnet sind;
- - eine Mehrzahl von Rotormagnete, die zwischen den Rotorsegmenten angeordnet sind; und
- - einen Rotorträger, der aus einem Blech geformt ist und an einer Umfangsfläche eine Mehrzahl von Halteaugen aufweist, mit denen die Rotorsegmente an dem Rotorträger befestigt sind.
-
Der bürstenlose Gleichstrommotor (BLDC-Motor) ist insbesondere wie eine Drehstrom-Synchronmaschine mit einem Stator und einem Rotor aufgebaut. Der Stator kann Spulen umfassen, die so ansteuerbar sind, dass ein sich drehendes magnetisches Feld erzeugbar ist. Der Rotor ist gegenüber dem Stator drehbar um eine Drehachse gelagert. Der Rotor weist eine Mehrzahl von Rotormagnete auf, die im Betrieb des bürstenlosen Gleichstrommotors durch das sich drehende magnetische Feld mitziehbar sind, sodass der Rotor in Rotation um die Drehachse versetzbar ist. Die Rotormagnete können nach Art von Permanentmagneten ausgebildet sein. Weiterhin können die Rotormagnete gesintert und/oder rechteckig ausgebildet sein. Der Rotor umfasst zudem eine Mehrzahl von Rotorsegmenten zur Realisierung eines Magnetkreises, zwischen denen die Rotormagnete angeordnet sind. Die Rotorsegmente sind zudem ringförmig um die Drehachse des Rotors angeordnet. Ein Rotorsegment kann zudem insbesondere einen magnetischen Pol des Rotors darstellen. Die Rotorsegmente werden durch einen Rotorträger gehalten, der aus einem Blech geformt ist. Das Blech kann aus einem Metall oder einer Metalllegierung, wie z. B. Stahl, oder einem Kunststoff oder einem Faserverbundwerkstoff oder einer Kombination aus diesen bestehen oder diese enthalten. Insbesondere besteht der Rotorträger zumindest teilweise aus einem nicht magnetischen Edelstahl. Der Rotorträger weist an einer Umfangsfläche eine Mehrzahl von Halteaugen für die Rotorsegmente auf. Bei der Montage des Rotors können die Rotorsegmente in einem Werkzeug positioniert und der Rotorträger mit seinen vorgeformten Halteaugen, insbesondere mit einem Übermaß, in die Rotorsegmente geschoben bzw. gepresst werden. Durch die ringförmige Abstützung der Rotorsegmente aufeinander bzw. auf den Rotormagneten entsteht aus den Rotorsegmenten und dem Rotormagneten ein geschlossener Ring, der durch den Rotorträger gehalten wird. Die Rotormagnete werden insbesondere in einer sogenannten Spoke-Anordnung gehalten. Bei einer Rotation des Rotors um die Drehachse werden die Halteaugen des Rotorträgers gestaucht. Da die Halteaugen jedoch sehr steif sind und die Hebelarme eine geringe Länge aufweisen, ist die Verformung der Halteaugen jedoch sehr gering. Die Halteaugen bieten dadurch einen hohen Berstschutz. Weiterhin ermöglichen die Halteaugen die Fixierung der Rotorsegmente und eine Drehmomentübertragung von den Rotormagneten auf den Rotorträger. Zudem ist der Rotor durch die Halteaugen insbesondere mit geringem Montageaufwand und somit mit geringen Kosten herstellbar.
-
Die Halteaugen können aus Falten des Blechs des Rotorträgers gebildet sein. Bei den Falten handelt es sich insbesondere um Wellen in der Umfangsfläche des Rotorträgers. Diese können durch Umbiegen und/oder zumindest teilweises übereinanderlegen des Blechs gebildet sein.
-
Die Falten können sich parallel zu der Drehachse erstrecken. Dies kann insbesondere bedeuten, dass sich ein Wellenberg bzw. ein radiales Ende der Halteaugen bzw. Falten parallel zu der Drehachse erstrecken.
-
Eine Außenkontur der Halteaugen kann zumindest teilweise konvex ausgebildet sein. Insbesondere kann die Außenkontur der Halteaugen zumindest teilweise bikonvex ausgebildet sein.
-
Die Halteaugen können in Befestigungsaufnahmen der Rotorsegmente eingreifen. Hierbei kann eine Außenkontur der Halteaugen und/oder eine Innenkontur der Befestigungsaufnahmen der Rotorsegmente derart ausgebildet sein, dass bei einem Eingreifen der Halteaugen in die Befestigungsaufnahmen eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Rotorträger und den Rotorsegmenten entsteht.
-
Die Befestigungsaufnahmen können zumindest teilweise eine konvexe Innenkontur aufweisen. Die Innenkontur der Befestigungsaufnahmen können (im Wesentlichen) kongruent zueinander ausgebildet sein.
-
Die Rotorsegmente können in einer axialen Richtung durch Laschen des Rotorträgers gehalten werden. Die axiale Richtung erstreckt sich insbesondere parallel zu der Drehachse und/oder orthogonal zu einer radialen Richtung. Bei der Montage des Rotors können die Laschen des Rotorträgers an einem ersten axialen Ende des Rotorträgers zunächst offen sein und nach dem Befestigen der Rotorsegmente an den Halteaugen in eine Schließstellung umgebogen werden. Weiterhin können durch die Laschen die Rotormagnete in der axialen Richtung gehalten werden. Hierdurch wird verhindert, dass sich die Rotormagnete in der axialen Richtung von dem Rotorträger bzw. von den Rotorsegmenten lösen können.
-
Die Rotorsegmente können als Blechpakete ausgebildet sein. Insbesondere können die Rotorsegmente als stanzpaketierte Blechpakete ausgebildet sein. Unter Stanzpaketieren versteht man einen Herstellvorgang insbesondere aus Blechband für zusammenhängende bzw. geschichtete Blechpakete. Die einzelnen Bleche der geschichteten Blechpakete können miteinander verbunden sein. Hierzu können verschiedene Verbindungsmethoden angewendet werden. Bei den einzelnen Blechen der Blechpakete kann es sich beispielsweise um Elektrobleche handeln. Diese können zumindest teilweise aus einer Eisen-Silizium-Legierungen bestehen.
-
Der Rotorträger kann einteilig aus dem Blech ausgebildet sein. Hierdurch kann der Montageaufwand des Rotors weiter reduziert werden.
-
Der Rotorträger kann einen zylindrischen Bereich zur Anordnung eines Lagers aufweisen. Der zylindrische Bereich ist insbesondere an einem Innendurchmesser des Rotorträgers ausgebildet. Bei dem Lager kann es sich beispielsweise um ein Wälzlager handeln. Das Lager ist insbesondere in den zylindrischen Bereich einpressbar.
-
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Variante der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Dabei sind gleiche Bauteile in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen beispielhaft und schematisch:
- 1: ein Rotorträger eines Rotors in einer ersten perspektivischen Ansicht;
- 2: der Rotorträger des Rotors in einer zweiten perspektivischen Ansicht;
- 3: der Rotor in einer ersten perspektivischen Ansicht;
- 4: der Rotor in einer zweiten perspektivischen Ansicht;
- 5: der Rotor mit einem Lager;
- 6: der Rotor in einem Längsschnitt;
- 7: der Rotor in einem Querschnitt; und
- 8: ein bürstenloser Gleichstrommotor mit dem Rotor in einem Längsschnitt.
-
Die 1 zeigt einen Rotorträger 6 in einer ersten perspektivischen Ansicht. Der Rotorträger 6 ist einstückig aus einem (Metall-)Blech 7 hergestellt und weist an einer Umfangsfläche 8 eine Mehrzahl von Halteaugen 9 auf. Bei der hier gezeigten Variante weist der Rotorträger 6 zehn Halteaugen 9 auf, die in einer Umfangsrichtung 19 des Rotorträgers 6 gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Halteaugen 9 sind zudem wellenförmig aus Falten 10 des Blechs 7 gebildet und erstrecken sich in einer axialen Richtung 14 parallel zu einer Drehachse 4 des Rotorträgers 6. Weiterhin erstrecken sich die Halteaugen 9 in einer radialen Richtung 23 von der Umfangsfläche 8 bis zu einem radialen Ende 20. Zudem ist eine Außenkontur 11 der Halteaugen 9 konvex ausgebildet. Die Außenkontur 11 der Halteaugen 9 ist insbesondere zwischen dem radialen Ende 20 und einem Bereich mit einer in der Umfangsrichtung 19 minimalen Ausdehnung 22 des Halteauges 9 konvex ausgebildet.
-
Die 2 zeigt den Rotorträger 6 in einer zweiten perspektivischen Darstellung. Zu erkennen ist hier insbesondere ein zylindrischer Bereich 17 des Rotorträgers 6, in den ein hier nicht gezeigtes Lager 18 einpressbar ist. Der zylindrische Bereich 17 des Rotorträgers 6 ist hier nach Art einer Zylinderwand 25 ausgebildet, die über eine Stirnwand 24 mit der Umfangsfläche 8 verbunden ist.
-
Die 3 zeigt einen Rotor 1 mit dem Rotorträger 6 in einer ersten perspektivischen Darstellung. An den Halteaugen 9 des Rotorträgers 6 sind Rotorsegmente 3 befestigt. Die Rotorsegmente 3 sind als Blechpakete 16 ausgebildet und weisen jeweils eine Befestigungsaufnahme 12 auf, in die die Halteaugen 9 des Rotorträgers 6 eingreifen. Die Befestigungsaufnahmen 12 weisen zudem eine zumindest teilweise konvexe Innenkontur 13 auf, die (im Wesentlichen) der konvexen Außenkontur 11 der Halteaugen 9 entspricht. Durch den Eingriff der Halteaugen 9 in die Befestigungsaufnahmen 12 sind die Rotorsegmente 3 an dem Rotorträger 6 befestigt. Zwischen den Rotorsegmenten 3 sind Rotormagnete 5 angeordnet, die durch die Rotorsegmente 3 formschlüssig gehalten werden.
-
Die 4 zeigt den Rotor 1 mit dem Rotorträger 6 in einer zweiten perspektivischen Darstellung, d. h. von der gegenüberliegenden Seite. Die Rotorsegmente 3 werden in der axialen Richtung 14 beidseitig von Laschen 15 gehalten, die ein Lösen der Rotorsegmente 3 von dem Rotorträger 6 in der axialen Richtung 14 verhindern.
-
Die 5 zeigt den Rotor 1 mit eingebautem Lager 18, bei dem es sich hier um ein Wälzlager handelt.
-
Die 6 zeigt den Rotor 1 in einem Längsschnitt parallel zu der Drehachse 4 und links zu den Rotormagneten 5. Ein Außenring 26 des Lagers 18 ist in den zylindrischen Bereich 17 des Rotorträgers 6 eingepresst.
-
Die 7 zeigt den Rotor 1 nochmals in einem Querschnitt, d. h. orthogonal zu der Drehachse 4 und quer zu den Rotormagneten 5.
-
Die 8 zeigt einen bürstenlosen Gleichstrommotor 2 mit dem Rotor 1 in einem Längsschnitt parallel zu der Drehachse 4. Der Rotorträger 6 ist über das Lager 18 in dem bürstenlosen Gleichstrommotor 2 gelagert, sodass der Rotor 1 gegenüber einem Stator 28 des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 drehbar ist. Weiterhin ist der Rotorträger 6 über eine Kupplung 27 mit einem elektrischen Pumpen-Aktor 29 verbunden. Hierdurch ist der elektrische Pumpen-Aktor 29 durch den bürstenlosen Gleichstrommotor 2 antreibbar.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Rotor
- 2
- bürstenloser Gleichstrommotor
- 3
- Rotorsegment
- 4
- Drehachse
- 5
- Rotormagnet
- 6
- Rotorträger
- 7
- Blech
- 8
- Umfangsfläche
- 9
- Halteauge
- 10
- Falte
- 11
- Außenkontur
- 12
- Befestigungsaufnahme
- 13
- Innenkontur
- 14
- axiale Richtung
- 15
- Lasche
- 16
- Blechpaket
- 17
- zylindrischer Bereich
- 18
- Lager
- 19
- Umfangsrichtung
- 20
- radiales Ende
- 21
- Bereich
- 22
- Ausdehnung
- 23
- radiale Richtung
- 24
- Stirnwand
- 25
- Zylinderwand
- 26
- Außenring
- 27
- Kupplung
- 28
- Stator
- 29
- elektrischer Pumpen-Aktor
