DE102018222698A1

DE102018222698A1 - Holding device for an electric motor

Info

Publication number: DE102018222698A1
Application number: DE102018222698.9A
Authority: DE
Inventors: Martin Koehne; Andreas Burghardt; Sebastian Laber; Ludwig Schoen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-06-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung für einen Elektromotor, umfassend zumindest ein Magnetelement und zumindest ein Halteelement, wobei das Halteelement zum Schutz des Magnetelements ausgebildet ist. Es wird vorgeschlagen, dass das Halteelement zumindest eine Faser oder zumindest ein Garn aufweist, die beziehungsweise das im Wesentlichen aus Graphen oder Nanoröhren besteht.The invention relates to a holding device for an electric motor, comprising at least one magnetic element and at least one holding element, the holding element being designed to protect the magnetic element. It is proposed that the holding element have at least one fiber or at least one yarn which essentially consists of graphene or nanotubes.

Description

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung für einen Elektromotor, umfassend zumindest ein Magnetelement und zumindest ein Halteelement, wobei das Halteelement zum Schutz des Magnetelements ausgebildet ist. Es wird vorgeschlagen, dass das Halteelement zumindest eine Faser oder zumindest ein Garn aufweist, die beziehungsweise das im Wesentlichen aus Graphen oder Nanoröhren besteht. Vorteilhaft kann dadurch ein besonders wirksamer Schutz des Magnetelements realisiert werden.The invention relates to a holding device for an electric motor, comprising at least one magnetic element and at least one holding element, the holding element being designed to protect the magnetic element. It is proposed that the holding element have at least one fiber or at least one yarn which essentially consists of graphene or nanotubes. A particularly effective protection of the magnetic element can thereby advantageously be realized.

Der Elektromotor kann beispielsweise als ein Antriebsmotor für eine Handwerkzeugmaschine, für ein elektromechanisches Werkzeug, für einen Stellantrieb eines Scheibenwischers, Fensters, Sitzes, Pumpe, für eine Absaugvorrichtung, für ein Fahrzeug, ein Fahrrad, ein Haushaltsgerät, einen Ventilator, ein Spielzeug etc. eingesetzt werden. Die Handwerkzeugmaschine kann als eine Netz-Handwerkzeugmaschine oder als eine Akku-Handwerkzeugmaschine ausgebildet sein. Die Handwerkzeugmaschine kann insbesondere als ein Schrauber, ein Bohrer, ein Bohrhammer, ein Schlaghammer, eine Säge, eine Fräse, eine Schleifmaschine, ein Multifunktionsgerät, ein Gartenbearbeitungsgerät etc. ausgebildet sein.The electric motor can be used, for example, as a drive motor for a hand machine tool, for an electromechanical tool, for an actuator for a windshield wiper, window, seat, pump, for a suction device, for a vehicle, a bicycle, a household appliance, a fan, a toy, etc. become. The handheld power tool can be designed as a mains handheld power tool or as a cordless handheld power tool. The handheld power tool can be designed in particular as a screwdriver, a drill, a hammer drill, a hammer, a saw, a milling machine, a grinding machine, a multifunction device, a gardening implement, etc.

Unter einem bürstenlosen Gleichstrommotor soll insbesondere ein Elektromotor mit einer Drehstromwicklung verstanden werden, die über eine Steuereinheit derart steuer- oder regelbar ist, dass ein drehendes magnetisches Feld erzeugt wird, welches einen permanenterregten Rotor mitzieht. Alternativ ist auch denkbar, die Haltevorrichtung im Zusammenhang mit einem Generator zu verwenden.A brushless DC motor is to be understood in particular as an electric motor with a three-phase winding which can be controlled or regulated via a control unit in such a way that a rotating magnetic field is generated which pulls a permanently excited rotor. Alternatively, it is also conceivable to use the holding device in connection with a generator.

Das Magnetelement kann aktiv als ein permanenterregtes Magnetelement oder passiv als als ein elektrisch erregbares Magnetelement ausgebildet sein. Das permanenterregte Magnetelement ist vorzugsweise als ein Dauermagnet ausgebildet. Der Dauermagnet besteht insbesondere aus einem hartmagnetischen Material, beispielsweise einer Eisen-, Cobalt- oder Nickellegierung. Bevorzugt ist der Dauermagnet als ein kunststoffgebundener Magnet ausgebildet. Unter einem kunststoffgebundenen Magneten soll insbesondere ein Dauermagnetpulver verstanden werden, dass in einer Matrix aus Kunststoffbinder eingebettet ist. Das Dauermagnetpulver kann beispielsweise als ein Pulver aus Hartferrit, als ein SmCo- und/oder ein NdFeB-Pulver oder als eine AINiCo-Legierung ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Kunststoffbinder als ein thermoplastischer Binder ausgebildet, beispielsweise aus Polyamid oder aus Polyphenylsulfid. Alternativ ist auch denkbar, dass der Kunststoffbinder als ein duroplastischer Binder ausgebildet ist, beispielsweise als ein Epoxydharz. Das elektrisch erregbare Magnetelement ist insbesondere als eine Spule ausgebildet. Die Spule kann beispielweise als eine Wicklung aus einem Stromleiter, insbesondere einem Draht, vorzugsweise einem Kupferlackdraht oder einem Aluminiumdraht, ausgebildet sein.The magnetic element can be configured actively as a permanently excited magnetic element or passively as an electrically excitable magnetic element. The permanent magnet element is preferably designed as a permanent magnet. The permanent magnet consists in particular of a hard magnetic material, for example an iron, cobalt or nickel alloy. The permanent magnet is preferably designed as a plastic-bonded magnet. A plastic-bonded magnet is to be understood in particular as a permanent magnet powder which is embedded in a matrix of plastic binders. The permanent magnet powder can be designed, for example, as a powder made of hard ferrite, as a SmCo and / or an NdFeB powder or as an AlNiCo alloy. The plastic binder is preferably designed as a thermoplastic binder, for example made of polyamide or polyphenyl sulfide. Alternatively, it is also conceivable that the plastic binder is designed as a thermosetting binder, for example as an epoxy resin. The electrically excitable magnetic element is designed in particular as a coil. The coil can for example be designed as a winding made of a current conductor, in particular a wire, preferably a enamelled copper wire or an aluminum wire.

Unter einem „Schutz des Magnetelements“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Schutz vor auf das Magnetelement wirkende Fliehkräfte während des Betriebs des Elektromotors und/oder als Schutz des Magnetelements bzw. des Elektromotors vor Partikel mit hoher kinetischer Energie, die beispielsweise über die Motokühlung angesaugt werden können, verstanden werden.In this context, “protection of the magnetic element” is intended in particular to protect against centrifugal forces acting on the magnetic element during operation of the electric motor and / or to protect the magnetic element or the electric motor from particles with high kinetic energy, which are sucked in, for example, via the motor cooling can be understood.

Insbesondere ist das Halteelement mit dem Magnetelement verbunden. Vorzugsweise liegt das Halteelement unmittelbar an dem Magnetelement an. Es ist allerdings auch denkbar, dass das Halteelement derart mit dem Rotor des Elektromotors verbunden ist, dass das Halteelement von dem Magnetelement beabstandet angeordnet ist. Das Halteelement kann stoffschlüssig oder kraft- und/oder formschlüssig mit dem Stator, insbesondere mit dem Magnetelement, verbunden sein, beispielhaft über ein Verkleben oder ein Verpressen. Das Garn besteht insbesondere aus zumindest zwei Fasern, vorzugsweise zumindest 10 Fasern, bevorzugt zumindest 100 Fasern.In particular, the holding element is connected to the magnetic element. The holding element preferably lies directly on the magnetic element. However, it is also conceivable that the holding element is connected to the rotor of the electric motor in such a way that the holding element is arranged at a distance from the magnetic element. The holding element can be integrally or non-positively and / or positively connected to the stator, in particular to the magnetic element, for example by gluing or pressing. The yarn consists in particular of at least two fibers, preferably at least 10 fibers, preferably at least 100 fibers.

Die Faser oder das Garn aus Kohlenstoffnanoröhren besteht aus einer Vielzahl an Kohlenstoffnanoröhren, die über eine dem Fachmann bekannte Art und Weise herstellbar sind. Beispielhafte Herstellungsverfahren sind in der WO 2007/015710 , US 8,999,285 und in der WO 2013/034672 offenbart. Nach Herstellung der Kohlenstoffnanoröhren können diese ausgerichtet werden. Insbesondere sind die Kohlenstoffnanoröhren derart ausgerichtet, dass sie sich in einer gemeinsamen Richtung, die vorzugsweise parallel zu einer Längserstreckung der Faser oder des Garns verläuft, erstecken. Zusätzlich ist denkbar, dass sich die einzelnen Kohlenstoffnanoröhren im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken. Nach Herstellung der Kohlenstoffnanoröhren können diese zu einer Faser oder einem Garn weiterverarbeitet werden, beispielhaft durch Nassspinnen oder aus einem Kohlenstoffnanoröhren Aerogel heraus.The carbon nanotube fiber or yarn consists of a large number of carbon nanotubes which can be produced in a manner known to the person skilled in the art. Exemplary manufacturing processes are in the WO 2007/015710 , US 8,999,285 and in the WO 2013/034672 disclosed. After the carbon nanotubes have been produced, they can be aligned. In particular, the carbon nanotubes are oriented in such a way that they extend in a common direction, which preferably runs parallel to a longitudinal extension of the fiber or the yarn. It is also conceivable that the individual carbon nanotubes extend essentially parallel to one another. After the carbon nanotubes have been produced, they can be processed further into a fiber or a yarn, for example by wet spinning or out of a carbon nanotube airgel.

Unter „Graphen“ soll im Zusammenhang dieser Anmeldung zumindest eine Schicht von Kohlenstoffatomen verstanden, die innerhalb dieser Schicht in einer sp2-Konfiguration vorliegen. Im Zusammenhang dieser Anmeldung kann das Graphen dabei eine Vielzahl an aufeinanderliegenden Lagen aufweisen, wobei sich das Graphen in seinen physikalischen, insbesondere elektrischen und mechanischen, Eigenschaften von Graphit unterscheidet. Das Graphen kann zwischen seinen Lagen Fremdatome aufweisen, um beispielhaft seine elektrischen und mechanischen Eigenschaften zu ändern bzw. für den Einsatz als Faser zu optimieren. Zudem ist denkbar, dass Fremdatome molekular mit dem Graphen oder den Kohlenstoffnanoröhren verbunden sind. Beispielhaft kann Graphen mit Sauerstoffatomen verbunden sein, und somit zumindest teilweise als Graphenoxid vorliegen.In the context of this application, “graphene” is understood to mean at least one layer of carbon atoms which are present in an sp2 configuration within this layer. In the context of this application, the graphene can have a plurality of layers lying one on top of the other, the graphene differing in its physical, in particular electrical and mechanical, properties from graphite. The Graphene can have foreign atoms between its layers, for example to change its electrical and mechanical properties or to optimize it for use as a fiber. It is also conceivable that foreign atoms are molecularly connected to the graphene or the carbon nanotubes. For example, graphene can be connected to oxygen atoms and thus at least partially be present as graphene oxide.

Die Herstellung des Graphens kann direkt erfolgen, beispielsweise über chemische Gasphasenabscheidung, oder über Graphenoxid oder Kohlenstoffnanoröhren als Ausgangsmaterial, wie beispielhaft in der US 8,999,212 oder CN 105603581 beschrieben. Das Graphen kann alternativ aus Graphit gewonnen werden. Dies kann über die nasschemische oder elektrochemische Oxidation zu Graphenoxid erfolgen. Das Graphenoxid wird in einer Stufe der Herstellung wieder zu Graphen reduziert. Alternativ ist auch eine Herstellungsmethode denkbar, bei der durch mechanische oder elektrolytische Zersetzung Graphit zu Graphen zersetzt wird. Um die Leitfähigkeit des Graphens zu optimieren bzw. Defekte im Graphen auszuheilen, wird das Graphen am Ende des Herstellungsprozesses ausgeheizt, vorzugsweise bei Temperaturen von über 2000 °C, besonders bevorzugt über 3000 °C.The graphene can be produced directly, for example via chemical vapor deposition, or via graphene oxide or carbon nanotubes as the starting material, as exemplified in US Pat US 8,999,212 or CN 105603581 described. Alternatively, the graphene can be obtained from graphite. This can be done via wet chemical or electrochemical oxidation to graphene oxide. The graphene oxide is reduced back to graphene in a production stage. Alternatively, a production method is also conceivable in which graphite is decomposed to graphene by mechanical or electrolytic decomposition. In order to optimize the conductivity of the graphene or to heal defects in the graphene, the graphene is baked out at the end of the production process, preferably at temperatures of above 2000 ° C., particularly preferably above 3000 ° C.

Unter „im Wesentlichen vollständig bestehend aus Kohlenstoffnanoröhren oder Graphen“ soll im Zusammenhang dieser Anmeldung insbesondere verstanden werden, dass die Faser oder das Garn zu zumindest 80%, vorzugsweise zu zumindest 90%, bevorzugt zu zumindest 98%, aus Kohlenstoffnanoröhren oder Graphen besteht.“Essentially completely consisting of carbon nanotubes or graphene” is to be understood in the context of this application in particular that at least 80%, preferably at least 90%, preferably at least 98%, of the fiber or yarn consists of carbon nanotubes or graphene.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Magnetelement, insbesondere sämtliche Magnetelemente, von einer einzelnen Faser oder einem einzelnen Garn gehalten sind. Vorteilhaft kann dadurch ein besonders kompakter Elektromotor oder Generator realisiert werden.It is also proposed that the magnetic element, in particular all magnetic elements, be held by a single fiber or a single yarn. A particularly compact electric motor or generator can thereby advantageously be implemented.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Halteelement als ein Hülsenelement ausgebildet ist. Das Hülsenelement weist insbesondere eine hohlzylindrische Grundform auf, wobei der Radius beispielsweise konstant sein kann oder an den Enden abnimmt. Vorzugsweise ist das Hülsenelement als ein Geflecht oder ein Gestrick aus Fasern oder Garnen ausgebildet.It is further proposed that the holding element is designed as a sleeve element. The sleeve element has, in particular, a hollow cylindrical basic shape, the radius, for example, being constant or decreasing at the ends. The sleeve element is preferably designed as a braid or a knitted fabric made of fibers or yarns.

Zudem wird vorgeschlagen, dass das Magnetelement zumindest eine Nut aufweist, in welcher das Halteelement zumindest teilweise aufgenommen ist. Vorteilhaft kann dadurch die Befestigung des Halteelements am Magnetelement verbessert werden.In addition, it is proposed that the magnetic element have at least one groove in which the holding element is at least partially received. The fastening of the holding element to the magnetic element can thereby advantageously be improved.

Zudem betrifft die Erfindung einen Rotor für einen Elektromotor, insbesondere für einen bürstenlosen Gleichstrommotor, aufweisend ein Blechpaket mit einer Außenfläche, wobei auf der Außenfläche eine Haltevorrichtung wie zuvor beschrieben angeordnet ist. Vorteilhaft kann dadurch ein besonders kompakt bauender und leichter Elektromotor realisiert werden.In addition, the invention relates to a rotor for an electric motor, in particular for a brushless DC motor, comprising a laminated core with an outer surface, a holding device being arranged on the outer surface as described above. As a result, a particularly compact and light electric motor can advantageously be realized.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass eine Dicke der Faser oder des Garns kleiner ist als 33 % einer Größe eines Luftspalts zwischen dem Rotor und einem Stator des Elektromotors, insbesondere kleiner ist als 25 % der Größe des Luftspalts zwischen dem Rotor und dem Stator des Elektromotors, vorzugsweise kleiner ist als 15 % der Größe des Luftspalts zwischen dem Rotor und dem Stator des Elektromotors. Vorteilhaft ist dadurch ein besonders kompakter Elektromotor realisierbar. Unter einem „Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator des Elektromotors“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein minimaler Abstand zwischen den aktiven bzw. im Betrieb rotierenden Teilen des Rotors und den Teilen des Stators verstanden werden.Furthermore, it is proposed that a thickness of the fiber or the yarn is less than 33% of the size of an air gap between the rotor and a stator of the electric motor, in particular less than 25% of the size of the air gap between the rotor and the stator of the electric motor, is preferably less than 15% of the size of the air gap between the rotor and the stator of the electric motor. A particularly compact electric motor can thus advantageously be implemented. In this context, an “air gap between the rotor and the stator of the electric motor” is to be understood in particular to mean a minimal distance between the active or rotating parts of the rotor and the parts of the stator.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Armierung eines Rotors eines Elektromotors, insbesondere eines bürstenlosen Gleichstrommotors, umfassend folgende Schritte:

- Befestigung zumindest eines Magnetelements an einer Außenfläche des Rotors;
- Befestigung eines Halteelements bestehend aus zumindest einer Faser oder zumindest einem Garn zur Aufnahme der auf das Magnetelement wirkenden mechanischen Fliehkräfte, wobei die Faser beziehungsweise das Garn im Wesentlichen aus Graphen oder Kohlenstoffnanoröhren besteht;
- Fixierung des Halteelements, insbesondere Fixierung eines Endes des Halteelements.

Furthermore, the invention relates to a method for armoring a rotor of an electric motor, in particular a brushless DC motor, comprising the following steps:

- Attachment of at least one magnetic element to an outer surface of the rotor;
- Attachment of a holding element consisting of at least one fiber or at least one yarn for absorbing the mechanical centrifugal forces acting on the magnetic element, the fiber or the yarn essentially consisting of graphene or carbon nanotubes;
- Fixing the holding element, in particular fixing one end of the holding element.

Die Fixierung kann beispielsweise über ein Verkleben, ein Verklemmen, ein Verknoten, oder Verschweißen, wie beispielsweise durch ein Ultraschallschweißverfahren realisiert werden. Vorzugsweise erfolgt die Fixierung des Halteelements außerhalb des Luftspalts. Insbesondere erfolgt die Befestigung des Halteelements über ein Wickeln der zumindest einen Faser oder des zumindest einen Garns.The fixation can be achieved, for example, by gluing, jamming, knotting, or welding, such as by an ultrasonic welding process. The holding element is preferably fixed outside the air gap. In particular, the holding element is fastened by winding the at least one fiber or the at least one yarn.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Magnetelement als ein permanenterregter Magnet ausgebildet ist, wobei bei der Herstellung des Magnetelements dieses mit dem Halteelement verbunden, insbesondere verpresst, wird. Vorteilhaft kann dadurch die Montage des Elektromotors deutlich vereinfacht werden.Furthermore, it is proposed that the magnetic element be designed as a permanently excited magnet, wherein the magnetic element is connected to the holding element, in particular pressed, during manufacture. The assembly of the electric motor can advantageously be significantly simplified as a result.

Figurenliste Figure list

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Bezugszeichen von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung, die sich im Wesentlichen entsprechen, werden mit derselben Zahl und mit einem die Ausführungsform kennzeichnenden Buchstaben versehen.Further advantages result from the following description of the drawing. The drawings, description, and claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into useful further combinations. Reference signs of features of different embodiments of the invention which essentially correspond to one another are provided with the same number and with a letter characterizing the embodiment.

Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Haltevorrichtung;
2a-c ein Herstellungsverfahren einer zweiten Ausführungsform der Haltevorrichtung;
2d eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Haltevorrichtung;
2e eine perspektivische Ansicht der Haltevorrichtung gemäß 2d verbunden mit einem Rotor;
2f einen Querschnitt eines Elektromotors mit der Haltevorrichtung gemäß 2d;
3 eine schematische Seitenansicht einer dritten Ausführung der Haltevorrichtung;
4a eine schematische Seitenansicht einer vierten Ausführungsform der Haltevorrichtung;
4b einen Querschnitt durch die Haltevorrichtung gemäß 4a.

Show it:

1 a perspective view of a first embodiment of a holding device;
2a-c a manufacturing method of a second embodiment of the holding device;
2d a perspective view of a second embodiment of the holding device;
2e a perspective view of the holding device according to 2d connected to a rotor;
2f a cross section of an electric motor with the holding device according to 2d ;
3rd a schematic side view of a third embodiment of the holding device;
4a is a schematic side view of a fourth embodiment of the holding device;
4b a cross section through the holding device according to 4a .

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In 1 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung 10 eines Elektromotors 12 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt, wobei in 1 lediglich der Rotor 14 des Elektromotors 12 gezeigt ist.In 1 is a first embodiment of a holding device according to the invention 10 an electric motor 12th shown in a perspective view, wherein in 1 only the rotor 14 of the electric motor 12th is shown.

Der Rotor 14 weist eine Rotorwelle 16 und einen Grundkörper 18 auf, der als ein Blechpaket 20 ausgebildet ist. Der Grundkörper 18 ist drehfest mit der Rotorwelle 16 verbunden. Der Grundkörper 18 weist eine im Wesentlichen zylindrische Form auf und erstreckt sich entlang einer Rotationsachse 22 der Rotorwelle 16.The rotor 14 has a rotor shaft 16 and a basic body 18th on that as a sheet metal package 20 is trained. The basic body 18th is non-rotatable with the rotor shaft 16 connected. The basic body 18th has a substantially cylindrical shape and extends along an axis of rotation 22 the rotor shaft 16 .

Die Haltevorrichtung 10 umfasst ein Halteelement 24 und ein Magnetelement 26. Das Magnetelement 26 ist beispielhaft als ein Permanentmagnet 28 ausgebildet. Das Magnetelement 26 weist einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Querschnitt auf und erstreckt sich parallel zu der Rotationsachse 22 der Rotorwelle 16. Das Magnetelement 26 liegt an seiner Innenseite beispielhaft vollständig an dem Grundkörper 18 des Elektromotors 12 an. Insbesondere ist das Magnetelement 26 über eine stoffschlüssige Verbindung drehfest mit dem Elektromotor 12 verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung ist beispielhaft über eine Klebverbindung realisiert.The holding device 10 comprises a holding element 24th and a magnetic element 26 . The magnetic element 26 is exemplary as a permanent magnet 28 educated. The magnetic element 26 has a substantially hollow cylindrical cross section and extends parallel to the axis of rotation 22 the rotor shaft 16 . The magnetic element 26 is completely exemplary on the inside of the base body 18th of the electric motor 12th on. In particular, the magnetic element 26 non-rotatably connected to the electric motor via a material connection 12th connected. The integral connection is realized, for example, via an adhesive connection.

Während des Betriebs des Elektromotors 12 rotiert der Rotor 14 um die Rotationsachse 22 und das mit dem Rotor 14 drehfest verbundene Magnetelement 26 unterliegt dabei starken Fliehkräften bzw. Zentrifugalkräften, die ausgehend von der Rotationsachse 22 radial nach außen gerichtet sind. Dies kann zu einem Zerbröseln des Magnetelements 26 führen. Das Halteelement 24 ist zum Schutz des Magnetelements 26 insbesondere vor einem Zerbröseln ausgebildet.During the operation of the electric motor 12th the rotor rotates 14 around the axis of rotation 22 and that with the rotor 14 non-rotatably connected magnetic element 26 is subject to strong centrifugal forces or centrifugal forces that originate from the axis of rotation 22 are directed radially outwards. This can cause the magnetic element to crumble 26 to lead. The holding element 24th is to protect the magnetic element 26 especially trained before crumbling.

Das Halteelement 24 ist beispielhaft als ein Garn 28 aus Graphen ausgebildet. Alternativ wäre auch denkbar, dass das Halteelement aus Kohlenstoffnanoröhren ausgebildet ist. In 1 ist gezeigt, wie das als Garn 28 ausgebildete Halteelement 24 mit dem Magnetelement 26 verbunden wird. Das Halteelement 24 wird dabei um die Rotationsachse 22 auf das Magnetelement 26 aufgewickelt. Vorzugsweise wird das Halteelement 24 derart aufgewickelt, dass eine Außenfläche 30 des Magnetelements 26 im Wesentlichen vollständig von dem Halteelement 24 bedeckt ist. Beispielhaft wird ein einziges Garn 28 um das Magnetelement 26 gewickelt. Es ist allerdings auch denkbar, dass mehrere Garne 28 verwendet werde und diese zumindest teilweise oder vollständig übereinander geschichtet werden um den Schutz zu verbessern.The holding element 24th is exemplary as a yarn 28 formed from graphene. Alternatively, it would also be conceivable for the holding element to be formed from carbon nanotubes. In 1 is shown like that as a yarn 28 trained holding element 24th with the magnetic element 26 is connected. The holding element 24th is about the axis of rotation 22 on the magnetic element 26 wound up. Preferably, the holding element 24th so wound that an outer surface 30th of the magnetic element 26 essentially entirely of the holding element 24th is covered. A single yarn is an example 28 around the magnetic element 26 wrapped. However, it is also conceivable that several yarns 28 are used and these are at least partially or completely layered on top of each other to improve protection.

Die Verbindung des Halteelements 24 mit dem Elektromotor 12 kann beispielsweise über eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Magnetelement 26 oder dem Grundkörper 18 des Rotors 14 erfolgen. Die Verbindung erfolgt vorzugsweise an einer axialen Stirnfläche 32 des Magnetelements 26 oder des Grundkörpers 18, um die auf die Verbindungsstelle wirkenden Kräfte zu minimieren. Die stoffschlüssige Verbindung des Halteelements 24 erfolgt beispielhaft an den beiden Enden 34 des Halteelements 24.The connection of the holding element 24th with the electric motor 12th can for example via a material connection with the magnetic element 26 or the basic body 18th of the rotor 14 respectively. The connection is preferably made on an axial end face 32 of the magnetic element 26 or the main body 18th to minimize the forces on the joint. The integral connection of the holding element 24th takes place at both ends as an example 34 of the holding element 24th .

In 2a bis 2c ist ein Verfahren zur Herstellung einer zweite Ausführungsform der Haltevorrichtung 10a gezeigt.In 2a to 2c Fig. 10 is a method of manufacturing a second embodiment of the holding device 10a shown.

Gemäß 2a wird in einem ersten Verfahrensschritt das Halteelement 24a in eine Aufnahme 35a einer Pressform 36a eingesetzt. Die Aufnahme 35a ist beispielhaft als eine hohlzylinderförmige Aussparung in der Pressform 36a ausgebildet. Das Halteelement 24a ist beispielhaft als ein Hülsenelement 38a ausgebildet. Das Hülsenelement 38a weist beispielhaft eine zylindrische Form mit einem konstanten Durchmesser auf. Das Hülsenelement 38a besteht aus einer Vielzahl an Fasern 40a, die beispielhaft aus Kohlenstoffnanoröhren bestehen. Die Fasern 40a werden dabei miteinander zu dem Hülsenelement 38a geflochten. Alternativ wäre auch denkbar, dass die Fasern 40a aus Graphen bestehen. Des Weiteren wäre auch denkbar, dass das Hülsenelement 38a aus Garnen 28 geflochten wird. Der Abstand zwischen den Fasern 40a bzw. den Garnen 28 ist dabei vorzugsweise derart gewählt, dass der Abstand kleiner ist, als eine Mindestgröße der Partikel des Magnetpulvers 42a. Es wäre alternativ auch denkbar, dass der Abstand größer ist, als eine Mindestgröße der Partikel des Magnetpulvers 42a. According to 2a in a first process step, the holding element 24a in a recording 35a a mold 36a used. The recording 35a is exemplary as a hollow cylindrical recess in the mold 36a educated. The holding element 24a is exemplary as a sleeve element 38a educated. The sleeve element 38a has, for example, a cylindrical shape with a constant diameter. The sleeve element 38a consists of a large number of fibers 40a which consist of carbon nanotubes, for example. The fibers 40a become the sleeve element together 38a braided. Alternatively, it would also be conceivable that the fibers 40a consist of graphene. Furthermore, it would also be conceivable that the sleeve element 38a from yarn 28 is braided. The distance between the fibers 40a or the yarns 28 is preferably chosen such that the distance is smaller than a minimum size of the particles of the magnetic powder 42a . Alternatively, it would also be conceivable that the distance is greater than a minimum size of the particles of the magnetic powder 42a .

Alternativ oder zusätzlich ist auch denkbar, dass das Hülsenelement 38a gestrickt oder gehäkelt ausgebildet ist.Alternatively or additionally, it is also conceivable that the sleeve element 38a is knitted or crocheted.

Gemäß 2b liegt das Hülsenelement 38a im eingesetzten Zustand zumindest teilweise an einer radial außenliegenden Fläche der Aufnahme 35a der Pressform 36a an. Die Aufnahme 35a der Pressform 36a wird nun vollständig mit Magnetpulver 42a gefüllt. Das Magnetpulver 42a besteht beispielhaft aus einem NdFeB-Pulver, das in einer Kunststoffmatrix eingebettet ist. In einem weiteren Verfahrensschritt wird, wie in 2c zu sehen, das Magnetpulver 42a durch einen Verdichtungsstempel 43a mit einer Kraft beaufschlagt und somit verpresst. Das Magnetpulver 42a wird in einem weiteren Schritt zum Aushärten des Kunststoffbinders temperiert, wodurch sich eine feste Form und damit das Magnetelement 26a ergibt (siehe 2d). Im Anschluss kann die aus dem Halteelement 24a und dem Magnetelement 26a bestehende Haltevorrichtung 10a noch mit einem Lack zum Schutz vor Korrosion beschichtet werden. Beispielhaft wäre auch eine Beschichtung mittels elektrophoretischer Abscheidung denkbar.According to 2 B lies the sleeve element 38a in the inserted state at least partially on a radially outer surface of the receptacle 35a the mold 36a on. The recording 35a the mold 36a is now completely with magnetic powder 42a filled. The magnetic powder 42a consists for example of an NdFeB powder, which is embedded in a plastic matrix. In a further process step, as in 2c to see the magnetic powder 42a by a compression stamp 43a applied with a force and thus pressed. The magnetic powder 42a is tempered in a further step to harden the plastic binder, which results in a solid shape and thus the magnetic element 26a results (see 2d ). Then the from the holding element 24a and the magnetic element 26a existing holding device 10a still be coated with a varnish to protect against corrosion. A coating by means of electrophoretic deposition would also be conceivable, for example.

In einem weiteren Schritt wird die Haltevorrichtung 10a mit dem Rotor 14a eines Elektromotors 12a drehfest verbunden. Die Verbindung kann beispielsweise über eine stoffschlüssige Verbindung, wie zum Beispiel einer Klebeverbindung erfolgen. Die stoffschlüssige Verbindung erfolgt vorzugsweise an einer Mantelfläche des Rotors 14a bzw. des Grundkörpers 18a des Rotors 14a. Alternativ wäre ebenso eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung der Haltevorrichtung 10a mit dem Rotor 14a denkbar, beispielhaft über eine Schraubverbindung oder eine Klemmverbindung.In a further step, the holding device 10a with the rotor 14a an electric motor 12a non-rotatably connected. The connection can be made, for example, via a material connection, such as an adhesive connection. The integral connection is preferably made on a lateral surface of the rotor 14a or the base body 18a of the rotor 14a . Alternatively, a non-positive and / or positive connection of the holding device would also be 10a with the rotor 14a conceivable, for example via a screw connection or a clamp connection.

In 2f ist ein Querschnitt durch einen Elektromotor 12a mit dem Rotor 14a gemäß 2e und einem Stator 44a gezeigt. Der Stator 44a weist einen Grundkörper 46a auf, der aus einem Blechpaket 48a besteht. Der Grundkörper 46a weist auf seiner Innenseite Nuten 50a auf, in denen eine Statorwicklung 52a angeordnet. Die Statorwicklung 52a besteht aus einem Kupferlackdraht der zu einer Spule gewickelt ist.In 2f is a cross section through an electric motor 12a with the rotor 14a according to 2e and a stator 44a shown. The stator 44a has a body 46a on that from a sheet metal package 48a consists. The basic body 46a has grooves on the inside 50a on in which a stator winding 52a arranged. The stator winding 52a consists of a enamelled copper wire which is wound into a coil.

Der Grundkörper 18a des Rotors 14a wird von dem Grundkörper 46a des Stators 44a vollständig umschlossen. Der Rotor 14a und der Stator 44a sind beabstandet zueinander angeordnet. Der Abstand, insbesondere der Mindestabstand, zwischen dem Rotor 14a, vorzugsweise dem Magnetelement 26a, und dem Stator 44a, vorzugsweise dem Grundkörper 46a des Stators 44a, ist als ein Luftspalt 54a ausgebildet. Durch die Verwendung von Graphen oder Kohlenstoffnanoröhrchen lassen sich vorteilhaft besonders dünne Halteelemente realisieren. Beispielhaft beträgt eine Dicke 25a des Halteelements 24a weniger als 15 % der Größe des Luftspalts 54a des Elektromotors 12a. Sowohl die Dicke 25a des Halteelements 24a als auch die Größe 55a des Luftspalts 54a werden dabei entlang einer Radialen zu der Rotationsachse 22a des Elektromotors 12a bemessen.The basic body 18a of the rotor 14a is from the main body 46a of the stator 44a completely enclosed. The rotor 14a and the stator 44a are spaced apart. The distance, especially the minimum distance, between the rotor 14a , preferably the magnetic element 26a , and the stator 44a , preferably the base body 46a of the stator 44a , is as an air gap 54a educated. By using graphene or carbon nanotubes, particularly thin holding elements can advantageously be realized. An example is a thickness 25a of the holding element 24a less than 15% of the size of the air gap 54a of the electric motor 12a . Both the thickness 25a of the holding element 24a as well as the size 55a of the air gap 54a become the axis of rotation along a radial 22a of the electric motor 12a dimensioned.

In 3 ist eine weitere alternative Ausführungsform der Haltevorrichtung 10b in einer schematischen Ansicht gezeigt. Der Elektromotor 12b gemäß 3 weist einen Rotor 14b mit einer Luftspaltwicklung 56b auf. Die Luftspaltwicklung 56b besteht beispielhaft aus einem Kupferdraht. Des Weiteren weist der Rotor 14b eine Stromzufuhr 57b auf, die zur Versorgung der Luftspaltwicklung 56b mit Strom vorgesehen ist. Die Luftspaltwicklung 56b ist von einem Halteelement 24b umschlossen, das beispielhaft als ein Hülsenelement 38b bestehend aus Graphen ausgebildet ist. Die Luftspaltwicklung 56b ist in einer hohlzylinderförmigen Aufnahme 58b des Stators 44b des Elektromotors 12b angeordnet. Der Stator 44b weist einen metallischen Grundkörper 46b und Magnetelemente 60b auf. Die Magnetelemente 60b des Stators sind beispielhaft als Permanentmagnete ausgebildet. Es ist allerdings ebenso denkbar, dass die Magnetelemente 60b des Stators als elektrische erregbare Magnete, insbesondere Spulen, ausgebildet sind. Das Halteelement 24b ist zwischen dem Magnetelement 26b des Rotors 14b und dem Magnetelement 60b des Stators 44b angeordnet. Insbesondere ist das Halteelement 24b derart beabstandet zu dem Magnetelement 60b des Stators 44b angeordnet, dass sich ein Luftspalt 54b zwischen dem Rotor 14b und dem Stator 44b bildet.In 3rd is another alternative embodiment of the holding device 10b shown in a schematic view. The electric motor 12b according to 3rd has a rotor 14b with an air gap winding 56b on. The air gap winding 56b consists for example of a copper wire. Furthermore, the rotor points 14b a power supply 57b on that to supply the air gap winding 56b is provided with electricity. The air gap winding 56b is from a holding element 24b enclosed, exemplary as a sleeve element 38b is made up of graphene. The air gap winding 56b is in a hollow cylindrical shape 58b of the stator 44b of the electric motor 12b arranged. The stator 44b has a metallic base body 46b and magnetic elements 60b on. The magnetic elements 60b of the stator are designed as permanent magnets, for example. However, it is also conceivable that the magnetic elements 60b of the stator are designed as electrically excitable magnets, in particular coils. The holding element 24b is between the magnetic element 26b of the rotor 14b and the magnetic element 60b of the stator 44b arranged. In particular, the holding element 24b so spaced from the magnetic element 60b of the stator 44b arranged that there is an air gap 54b between the rotor 14b and the stator 44b forms.

In 4a ist eine Seitenansicht eines Rotors 14c mit einer weiteren alternativen Ausführungsform der Haltervorrichtung 10c gezeigt. Der Rotor 14c umfasst eine Rotorwelle 16c, die drehfest mit einem als Blechpaket 20c ausgebildeten Grundkörper 18c verbunden ist. Des Weiteren umfasst der Rotor 14c ein als eine Rotorwicklung 62c ausgebildetes Magnetelement 26c, das über einen Kommutator 64c angeschlossen ist, welcher als Stromwender bzw. Polwender ausgebildet ist. Die Rotorwicklung 62c besteht aus einem Leiterelement, beispielsweise einem Kupferdraht. Die Rotorwicklung 62c entspricht in dieser Ausführungsform dem Magnetelement 26c.In 4a is a side view of a rotor 14c with a further alternative embodiment of the holder device 10c shown. The rotor 14c includes a rotor shaft 16c , the rotatable with a sheet metal package 20c trained body 18c connected is. The rotor also includes 14c one as a rotor winding 62c trained magnetic element 26c that has a commutator 64c is connected, which is designed as a commutator or pole changer. The rotor winding 62c consists from a conductor element, for example a copper wire. The rotor winding 62c corresponds to the magnetic element in this embodiment 26c .

Die Rotorwicklung 62c weist drei Teilbereiche 66c, 68c, 70c auf, die entlang der Rotationsachse 22c hintereinander angeordnet sind. Der erste Teilbereich 66c ist als ein Wickelkopfbereich 67c ausgebildet. Im Wickelkopfbereich 67c ist die Rotorwicklung 62c außerhalb des Grundkörpers 18c des Rotors 14c angeordnet. Im zweiten Teilbereich 68c ist die Rotorwicklung 62c in einer Nut 50c (siehe 4b) des Grundkörpers 18c angeordnet, die sich entlang der Rotationsachse 22c des Rotors 14c erstreckt. Der dritte Teilbereich 70c ist wiederum als ein Wickelkopfbereich 67c ausgebildet, wobei die Rotorwicklung 62c außerhalb des Grundkörpers 18c des Rotors 14c angeordnet ist. Somit ist die Rotorwicklung 62c im ersten und im dritten Teilbereich 66c, 70c freiliegend und im zweiten Teilbereich 68c innenliegend ausgebildet.The rotor winding 62c has three sections 66c , 68c , 70c on that along the axis of rotation 22c are arranged one behind the other. The first section 66c is as a winding head area 67c educated. In the winding head area 67c is the rotor winding 62c outside the body 18c of the rotor 14c arranged. In the second section 68c is the rotor winding 62c in a groove 50c (please refer 4b) of the basic body 18c arranged along the axis of rotation 22c of the rotor 14c extends. The third section 70c is in turn as a winding head area 67c formed, the rotor winding 62c outside the body 18c of the rotor 14c is arranged. So the rotor winding 62c in the first and third part 66c , 70c exposed and in the second section 68c trained inside.

Das Halteelement 24c ist beispielhaft als eine Bandage 72c, bestehend aus Garnen 28c aus Kohlenstoffnanoröhren ausgebildet. In der gezeigten Ausführungsform umschließt das Halteelement 24c den Rotor 14c nur im zweiten Teilbereich 68c im Wesentlichen vollständig. Alternativ wäre ebenso denkbar, dass das Halteelement 24c zusätzlich den ersten und/oder den dritten Teilbereich 66c, 70c zumindest teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, umschließt. Es ist ebenso denkbar, dass die Haltevorrichtung 10c in den unterschiedlichen Teilbereichen unterschiedliche Halteelemente aufweist. Beispielhaft ist denkbar, dass im zweiten Teilbereich 68c, der Grundkörper 18c des Rotors 14c von einem als ein Hülsenelement ausgebildeten Halteelement, beispielsweise aus Graphenfasern, und im ersten und im dritten Teilbereich 66c, 70c von einem als eine Bandage ausgebildeten Halteelement, bestehend aus Kohlenstoffnanoröhren, umschlossen wird.The holding element 24c is exemplary as a bandage 72c consisting of yarn 28c formed from carbon nanotubes. In the embodiment shown, the holding element encloses 24c the rotor 14c only in the second section 68c essentially complete. Alternatively, it would also be conceivable that the holding element 24c additionally the first and / or the third section 66c , 70c at least partially, preferably essentially completely. It is also conceivable that the holding device 10c has different holding elements in the different partial areas. It is conceivable, for example, that in the second part 68c , the basic body 18c of the rotor 14c of a holding element designed as a sleeve element, for example made of graphene fibers, and in the first and in the third partial area 66c , 70c is enclosed by a holding element designed as a bandage, consisting of carbon nanotubes.

In 4b ist der Elektromotor 12c in einem Teilquerschnitt gezeigt. Das als Bandage 72c ausgebildete Halteelement 24c liegt dabei derart auf einer Außenfläche des Grundkörpers 18c des Rotors 14c auf, dass das Halteelement 24c beabstandet zu dem Magnetelement 26c bzw. der Rotorwicklung 62c angeordnet ist. In dieser Ausführungsform ist das Halteelement 24c insbesondere zum Schutz des Magnetelements 26c vor metallischen Partikeln oder vor einer Beaufschlagung des Magnetelements 26c mit Partikel mit einer hohen kinetischen Energie ausgebildet. Insbesondere liegt das Halteelement 24c auf Polschuhen 74c des Rotors 14c auf. Das Halteelement 24c ist im zweiten Teilbereich 68c insbesondere in einem Luftspalt 54c zwischen dem Stator 44c und dem Rotor 14c bzw. dem Grundkörper 46c des Stators 44c und dem Grundkörper 18c des Rotors 14c angeordnet.In 4b is the electric motor 12c shown in a partial cross section. That as a bandage 72c trained holding element 24c lies on an outer surface of the base body 18c of the rotor 14c on that the holding element 24c spaced from the magnetic element 26c or the rotor winding 62c is arranged. In this embodiment, the holding element 24c especially to protect the magnetic element 26c before metallic particles or before exposure to the magnetic element 26c formed with particles with a high kinetic energy. In particular, the holding element is located 24c on pole pieces 74c of the rotor 14c on. The holding element 24c is in the second section 68c especially in an air gap 54c between the stator 44c and the rotor 14c or the base body 46c of the stator 44c and the main body 18c of the rotor 14c arranged.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

WO 2007/015710 [0007]
US 8999285 [0007]
WO 2013/034672 [0007]
US 8999212 [0009]
CN 105603581 [0009]

Claims

Holding device for an electric motor (12), comprising at least one magnetic element (26) and at least one holding element (24), the holding element (24) being designed to protect the magnetic element (26), characterized in that the holding element (24) has at least one Has fiber (40a) or at least one yarn (28) which essentially consists of graphene or nanotubes.

Holding device after Claim 1 , characterized in that the magnetic element (26) is designed as a permanently excited magnetic element (28) or as an electrically excitable magnetic element (62c).

Holding device according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic element (26), in particular all magnetic elements (26), are held by a single fiber (40a) or a single yarn (28).

Holding device according to one of the preceding claims, characterized in that the holding element (24) is designed as a sleeve element (38a).

Holding device according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic element (26) has a groove in which the holding element (24) is at least partially received.

Rotor for an electric motor or generator, in particular for a brushless DC motor, comprising a laminated core (20) with an outer surface, a holding device (10) according to one of the preceding claims being arranged on the outer surface.

Electric motor or generator with a rotor after Claim 6 , characterized in that a thickness of the holding element (24a), in particular the fiber (40a) or the yarn (28) is less than 33% of a size of an air gap (54a) between the rotor (14a) and a stator (44a) of the Electric motor (12a), in particular smaller than 25% of the size of the air gap (54a) between the rotor (14a) and the stator (44a) of the electric motor (12a), preferably smaller than 15% of the size of the air gap (54a) between the rotor (14a) and the stator (44a) of the electric motor (12a).

Method for armoring a rotor (14) of an electric motor (12), in particular a brushless DC motor, comprising the following steps - Attaching at least one magnetic element (26) to an outer surface of the rotor (14); - Attachment of a holding element (24) consisting of at least one fiber (40a) or at least one yarn (28) for absorbing the mechanical centrifugal forces acting on the magnetic element (26), the fiber (40a) or the yarn (28) essentially consist of graphene or carbon nanotubes; - Fixing the holding element (24), in particular fixing one end of the holding element (26).

Procedure according to Claim 8 The fastening element (24) is fastened by winding the at least one fiber (40a) or the at least one yarn (28).

Procedure according to one of the Claims 8 or 9 , characterized in that the magnetic element (26) is designed as a permanently excited magnet, the magnetic element (26a) being connected, in particular pressed, to the holding element (24a) during manufacture.