DE102019101475A1

DE102019101475A1 - Rotorhohlwelle für einen Elektromotor, Elektromotor mit der Hohlwelle und Verfahren zur Herstellung der Hohlwelle

Info

Publication number: DE102019101475A1
Application number: DE102019101475.1A
Authority: DE
Inventors: Pascual Guardiola
Original assignee: Nidec Motors and Actuators Germany GmbH
Current assignee: Nidec Motors and Actuators Germany GmbH
Priority date: 2019-01-22
Filing date: 2019-01-22
Publication date: 2020-07-23

Abstract

Es wird eine neuartige Rotorhohlwelle 1 vorgeschlagen. Die Rotorhohlwelle 1 ist für einen Elektromotor 2 ausgebildet und weist einen integrierten Rotor 3 zur Erzeugung eines Antriebdrehmoments und eine integrierte Hohlwelle 5 zur Übertragung des Antriebdrehmoments auf ein Bauteil einer Maschine auf. Der integrierte Rotor 3 und die integrierte Hohlwelle 5 sind einstückig und/oder einmaterialig miteinander zu der Rotorhohlwelle 1 verbunden. Die Rotorhohlwelle 1 ist zumindest teilweise aus einem magnetischen und/oder magnetisierbaren Werkstoff 4 gebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotorhohlwelle für einen Elektromotor. Die Rotorhohlwelle umfasst einen integrierten Rotor zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments und eine integrierte Hohlwelle zur Übertragung des Antriebdrehmoments auf ein Bauteil einer Maschine. Der integrierte Rotor und die integrierte Hohlwelle sind einstückig und/oder einmaterialig zu der Rotorhohlwelle verbunden. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Elektromotor mit der Rotorhohlwelle und ein Verfahren zur Herstellung der Rotorhohlwelle.
Hintergrund:
Elektromotoren weisen einen feststehenden, magnetisch wirkenden Stator und einen rotierenden magnetisch wirkenden Rotor auf. Der Rotor ist üblicherweise mit einer Motorwelle verbunden, über die ein Antriebsdrehmoment auf ein Maschinenteil übertragbar ist. Es sind bereits Wellen für Elektromotoren bekannt geworden, die zwischen einem Lagersitz und einer Wellenabschnittskontur zur Übertragung eines Drehmoments als einstückige Rohre ausgebildet sind.
Beispielsweise beschreibt die Druckschrift DE 101 48 669 A1 , die wohl den nächstliegenden Stand der Technik bildet, eine elektrische Maschine, insbesondere eine Startvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einem Stator und mit einem Rotor, wobei der Rotor eine hohle Welle mit unterschiedlichen Wellenabschnitten aufweist. Die Welle ist ein einstückiges Rohr, das sich zwischen dem Lagersitz und der Wellenabschnittskontur zur Übertragung eines Drehmoments erstreckt. Magnetische Elemente sind an einem der Wellenabschnitte befestigt, um den magnetisch wirksamen Rotor zu bilden.
Beschreibung:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Rotorhohlwelle und einen gewichts- und bauteilereduzierten Elektromotor mit der Rotorhohlwelle bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine Rotorhohlwelle für einen Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch einen Elektromotor mit der Rotorhohlwelle mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und durch ein Verfahren zur Herstellung der Rotorhohlwelle mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung und/oder den beigefügten Figuren.
Es wird eine Rotorhohlwelle für einen Elektromotor vorgeschlagen. Vorzugsweise ist der Elektromotor zum Antrieb einer elektrischen Maschine ausgebildet. Beispielsweise ist die elektrische Maschine als ein Fahrzeuglüfter, als eine Fahrzeugpumpe und/oder als ein Fahrzeugkompressor ausgebildet. Insbesondere ist der Elektromotor zu deren Antrieb in die elektrische Maschine integrierbar.
Bevorzugt ist die Rotorhohlwelle um eine Drehachse drehbar. Die Rotorhohlwelle umfasst einen integrierten Rotor, der zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments ausgebildet ist. Die Rotorhohlwelle umfasst auch eine integrierte Hohlwelle, die zur Übertragung des Antriebsdrehmoments auf ein Bauteil einer Maschine, z.B. einer Pumpe, eines Lüfters oder eines Kompressors, insbesondere in einem Fahrzeug, zum Beispiel in einem Pkw, ausgebildet ist. Vorzugsweise sind der integrierte Rotor und die integrierte Hohlwelle in der Rotorhohlwelle integriert.
Der Rotor und die Hohlwelle sind einstückig und/oder einmaterialig miteinander zu der Rotorhohlwelle verbunden. Insbesondere sind der Rotor und die Hohlwelle stoffschlüssig miteinander zu der Rotorhohlwelle verbunden. Somit bilden der integrierte Rotor und die integrierte Hohlwelle gemeinsam die Rotorhohlwelle.
Erfindungsgemäß ist die Rotorhohlwelle zumindest teilweise aus einem magnetischen und/oder magnetisierbaren Werkstoff gebildet. Vorzugsweise umfasst die Rotorhohlwelle den magnetischen und/oder magnetisierbaren Werkstoff. Insbesondere ist der magnetische und/oder magnetisierbare Werkstoff in der Rotorhohlwelle stoffschlüssig integriert.
Vorteilhaft ist, dass die Rotorhohlwelle oder Abschnitte derselben eine magnetische Wechselwirkung mit einem magnetfelderzeugenden Bauteil eines Stators des Elektromotors aufweisen kann. Vorzugsweise lässt die Wechselwirkung die Rotorhohlwelle um die Drehachse rotieren und das Antriebsdrehmoment erzeugen.
Weiterhin ist es von Vorteil, dass aufgrund der einteiligen Ausbildung der Rotorhohlwelle und durch die Integration des magnetischen und/oder magnetisierbaren Werkstoffs in die Rotorhohlwelle eine Bauteileanzahl des Elektromotors und dessen Gewicht deutlich reduziert werden kann. Aufgrund der geringeren Bauteileanzahle kann eine Größe und Ausdehnung des Elektromotors reduziert werden, sodass dieser bauraumsparend in der Maschine integrierbar ist. Auf Verbindungsstellung zwischen dem Rotor und der Hohlwelle beziehungsweise zwischen dem Rotor und mehreren Hohlwellenabschnitten, die bislang bei herkömmlichen Elektromotoren notwendig waren, kann in vorteilhafter Weise verzichtet werden. Dadurch sind die antriebsdrehmomenterzeugenden undübertragenden Bauteile des Elektromotors erheblich stabiler als miteinander z.B. form- und/oder kraftschlüssig verbundene Bauteile ausgebildet, sodass eine Lebensdauer des Elektromotors erhöht werden kann. Ein Personal-, Zeit- und Kostenaufwand, der durch die Konstruktion des Rotors und der Hohlwelle bzw. der Hohlwellenabschnitte sowie für deren Montage bislang erforderlich war, kann ebenfalls erheblich reduziert werden.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass in den Hohlraum der Rotorhohlwelle weitere Komponenten, z.B. Getriebekomponenten und/oder Sensoren, einfach und platzsparend eingesetzt werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Rotorhohlwelle mehrere Rotorwellenabschnitte. Vorzugsweise weisen zumindest zwei der Rotorwellenabschnitte unterschiedliche Querschnitte und/oder Durchmesser auf. Insbesondere ist mindestens einer, insbesondere genau einer der Rotorwellenabschnitte zumindest teilweise aus dem magnetischen und/oder magnetisierbaren Werkstoff gebildet, wobei der mindestens eine beziehungsweise der genau eine Rotorwellenabschnitt der integrierte Rotor ist.
In einer möglichen konstruktiven Umsetzung der Erfindung umfasst die Rotorhohlwelle einen ersten, zweiten und dritten Rotorwellenabschnitt. Beispielsweise sind die Rotorwellenabschnitte als rotationssymmetrische Abschnitte, insbesondere als Kreiszylinder und/oder Drehzylinder ausgebildet. Vorzugsweise ist der zweite Rotorwellenabschnitt zwischen dem ersten und dritten Rotorwellenabschnitt angeordnet. Insbesondere weist der zweite Rotorwellenabschnitt einen anderen Querschnitt und/oder größeren Durchmesser als der erste und dritte Rotorwellenabschnitt auf. Bevorzugt bilden der erste und dritte Rotorwellenabschnitt die integrierte Hohlwelle. Besonders bevorzugt ist der zweite Rotorwellenabschnitt zumindest teilweise aus dem magnetischen und/oder magnetisierbaren Werkstoff gebildet, sodass er der integrierte Rotor ist.
Eine Mantelfläche mindestens eines der Wellenabschnitte, insbesondere des Wellenabschnitts, der den integrierten Rotor bildet, kann mehrkantig, insbesondere vierkantig-, sechskantig- oder achtkantig, ausgebildet sein. Vorzugsweise sind zwischen den Kanten z.B. rechteckige Mantelflächenabschnitte angeordnet. Insbesondere sind mehrere, bevorzugt alle der Mantelflächenabschnitte, in dieser Ausbildung des integrierten Rotors durch den magnetischen und/oder magnetisierbaren Werkstoff gebildet.
Im Rahmen der Erfindung kann der in der Rotorhohlwelle integrierte Rotor vollständig durch den magnetischen und/oder magnetisierbaren Werkstoff gebildet sein. Möglich ist aber auch, dass der integrierte Rotor nur an seiner Mantelfläche den magnetischen und/oder magnetisierbaren Werkstoff aufweist. Dagegen kann eine Innenumfangsfläche des integrierten Rotors aus einem anderen Material, z.B. aus einer Stahllegierung, gebildet sein, wobei das Material insbesondere identisch ist mit dem Material der integrierten Hohlwelle.
Beispielsweise weist die Rotorhohlwelle mindestens einen Lagerbereich, bevorzugt zwei Lagerbereiche, auf. Insbesondere ist die Rotorhohlwelle in dem Lagerbereich bzw. in den Lagerbereichen drehbar in mindestens einer Lagereinrichtung, bevorzugt in zwei Lagereinrichtungen, des Elektromotors lagerbar und/oder gelagert. Optional ergänzend oder alternativ umfasst die Rotorhohlwelle einen Kopplungsbereich, der zur Kopplung mit einem Getriebeelement des Elektromotors ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der mindestens eine Lagerbereich in dem ersten Rotorwellenabschnitt und/oder in dem dritten Rotorwellenabschnitt angeordnet, insbesondere ist ein erster Lagerbereich in dem ersten Rotorwellenabschnitt angeordnet und ein zweiter Lagerbereich in dem dritten Rotorwellenabschnitt angeordnet. Bevorzugt ist der Kopplungsbereich in dem ersten Rotorwellenabschnitt oder in dem dritten Rotorwellenabschnitt angeordnet.
Eine bevorzugte konstruktive Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Rotorhohlwelle quer, insbesondere rechtwinklig, zu einer Drehachse der Rotorhohlwelle in erstes Glockenwellenelement und in ein zweites Glockenwellenelement unterteilt ist. Optional ist der in der Rotorhohlwelle integrierte Rotor und/oder das zweite Glockenwellenelement hierfür in eine erste Rotorglocke und in eine zweite Rotorglocke geteilt. Bevorzugt umfasst das erste Glockenwellenelement die erste Rotorglocke und den ersten Wellenabschnitt. Optional ergänzend oder alternativ umfasst das zweite Glockenwellenelement die zweite Rotorglocke und den dritten Wellenabschnitt. Somit kann im integrierten Zustand der unterteilten Rotorhohlwelle in den Elektromotor ein minimaler Versatz zwischen der Mantelfläche der ersten Rotorglocke und der Mantelfläche der zweiten Rotorglocke erreicht werden. Eine solche unterteilte Rotorhohlwelle kann bevorzugt in einem Elektromotor verwendet werden, der zum Antrieb einer Wasserpumpe vorgesehen und/oder integriert ist.
Besonders bevorzugt ist im Rahmen der Erfindung, dass die Rotorhohlwelle mit dem Verfahren nach Anspruch 12 und/oder wie es im Folgenden hierzu beschrieben hergestellt ist.
Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet ein Elektromotor mit der Rotorhohlwelle nach der bisherigen Beschreibung und oder nach einem der Ansprüche 1 bis 8. Beispielsweise ist der Elektromotor zum Antrieb der elektrischen Maschine, zum Beispiel des Fahrzeuglüfters, der Fahrzeugpumpe und/oder des Fahrzeugkompressors ausgebildet. Der Elektromotor kann aber auch zum elektrischen Antrieb anderer Maschinen vorgesehen sein und/oder in diesen integriert sein.
Vorzugsweise umfasst der Elektromotor den Stator, der insbesondere das mindestens eine magnetfelderzeugende Bauteil, bevorzugt mehrere magnetfelderzeugende Bauteile, umfasst. Beispielsweise handelt es sich bei dem mindestens einen magnetfelderzeugenden Bauteil um mindestens eine stromdurchflossene und/oder stromdurchfließbare Spule.
Optional ergänzend oder alternativ umfasst der Elektromotor die mindestens eine Lagereinrichtung, z.B. zwei Lagereinrichtungen, und das Getriebeelement. Vorzugsweise ist die Rotorhohlwelle mit dem mindestens einen Lagerbereich in der mindestens einen Lagereinrichtung gelagert. Insbesondere ist das Getriebeelement mit der Rotorhohlwelle in dem Kopplungsbereich gekoppelt.
Besonders bevorzugt ist, dass die Rotorhohlwelle zumindest teilweise in dem Stator aufgenommen ist. Insbesondere ist der in der Rotorhohlwelle integrierte magnetische und/oder magnetisierbare Werkstoff von dem mindestens einen magnetfelderzeugenden Bauteil des Stators umgeben. Dadurch kann insbesondere die magnetische Wechselwirkung zwischen dem magnetischen und/oder magnetisierbaren Werkstoff und dem mindestens einen magnetfelderzeugenden Bauteil erzeugt und die Rotorhohlwelle in Rotation versetzt werden.
Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zur Herstellung einer Rotorhohlwelle nach der bisherigen Beschreibung und oder nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Im Rahmen des Verfahrens wird ein Rohr, das zumindest teilweise aus dem magnetischen und/oder magnetisierbaren Werkstoff gebildet ist, durch Innenhochdruckumformung gefertigt. Bei der Innenhochdruckumformung wird das Rohr in einem geschlossenen Formwerkzeug mittels Innendruck umgeformt. Der Innendruck wird durch eine Flüssigkeit, z.B. durch Wasser oder durch eine Wasser-Öl-Emulsion, erzeugt. Entsprechend der für die Rotorhohlwelle benötigten Toleranzen, kann kalte oder erhitzte Flüssigkeit verwendet werden.
Bevorzugt weist das Rohr vor der Umformung einen homogenen Querschnitt und/oder Durchmesser auf. Insbesondere bildet das Rohr nach der Umformung die Rotorhohlwelle mit den mehreren Wellenabschnitten. Im Speziellen ist der magnetische und/oder magnetisierbare Werkstoff in dem Rohr genau dort integriert, wo nach der Umformung der den integrierten Rotor bildende Rotorwellenabschnitt angeordnet ist.
Optional wird der magnetisierbare Werkstoff nach der Umformung des Rohrs zu der Rotorhohlwelle magnetisiert. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Rohr bei der Innenhochdruckumformung stark erhitzt wird.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:

1 eine Rotorhohlwelle, die durch einen integrierten Rotor und durch integrierte Hohlwelle gebildet ist;
2 ein Ausschnitt aus einem Elektromotor mit der Rotorhohlwelle aus der 1;
3 ein zeitlicher Ablauf eines Verfahrensschritts zur Herstellung der Rotorhohlwelle;
4a-c verschiedene Ansichten zweier Glockenelemente, die durch eine Unterteilung der Rotorholwelle quer zu einer Drehachse gebildet sind.

Einander entsprechende oder gleiche Teile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1 zeigt eine Rotorhohlwelle 1 für einen Elektromotor 2 (2) in einer perspektivischen Ansicht. Die Rotorhohlwelle 1 umfasst einen integrierten Rotor 3, der zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments durch Rotation ausgebildet ist. Die Rotorhohlwelle 1 umfasst auch eine integrierte Hohlwelle 5, die zur Übertragung des Antriebsdrehmoments auf ein Bauteil einer elektrischen Maschine ausgebildet ist.
Der integrierte Rotor 3 und die integrierte Hohlwelle 5 sind in der Rotorhohlwelle 1 integriert. Insbesondere sind der integrierte Rotor 3 und die integrierte Hohlwelle 5 integrierte Bestandteile der Rotorhohlwelle 1. Somit bilden der integrierte Rotor 3 und die integrierte Hohlwelle 5 gemeinsam die Rotorhohlwelle 1. Hierzu sind der integrierte Rotor 3 und die integrierte Hohlwelle 5 einstückig und/oder einmaterialig, insbesondere stoffschlüssig, miteinander zu der Rotorhohlwelle 1 verbunden.
Die Rotorhohlwelle 1 ist zumindest teilweise durch einen magnetischen und/oder magnetisierbaren Werkstoff 4 gebildet. Dadurch kann die Rotorhohlwelle 1 mit mindestens einem magnetfelderzeugenden Bauteil Bauteil 19 eines Stators 10 des Elektromotors 2 (2) in einer magnetischen Wechselwirkung stehen und zu einer Rotation um die Drehachse R veranlasst werden.
An einem ersten Ende der Rotorhohlwelle 1 ist ein erster Lagerbereich 7a angeordnet und an einem zweiten Ende der Rotorhohlwelle 1 ein zweiten Lagerbereich 7b. Die Rotorhohlwelle 1 weist weiterhin einen Kopplungsbereich 9 auf. Der Kopplungsbereich 9 ist an dem zweiten Ende der Hohlwelle 5 angeordnet und durch einen Hohlraum der Hohlwelle 5 gebildet.
Zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende und/oder zwischen der ersten Lagereinrichtung 6a und der zweiten Lagereinrichtung 6b ist die Rotorhohlwelle 1 als ein einstückiges Rohr mit unterschiedlichen Querschnitten und/oder Durchmessern entlang der Drehachse R ausgebildet.
Die Rotorhohlwelle 1 weist einen ersten, zweiten und dritten Rotorhohlwellenabschnitt 11a, 11b, 11c auf. Der zweite Rotorhohlwellenabschnitt 11b ist zwischen dem ersten dem dritten Rotorhohlwellenabschnitt 11a, 11c angeordnet. Er weist einen anderen Querschnitt und einen größeren Durchmesser als der erste und dritte Rotorwellenabschnitt 11a, 11c auf.
Der zweite Rotorhohlwellenabschnitt 11b umfasst den magnetischen, magnetisierbaren und/oder magnetisierten Werkstoff 4 und/oder er ist zumindest teilweise aus dem magnetischen, magnetisierbaren und/oder magnetisierten Werkstoff 4 gebildet. Somit bildet der zweite Rotorhohlwellenabschnitt 11b den integrierten Rotor 3. Der erste und dritte Rotorhohlwellenabschnitt 11a, 11c bilden die integrierte Hohlwelle 5, in die der Rotor 3 unterbrechungsfrei übergeht.
Der erste und dritte Rotorwellenabschnitt 11a, 11c sind als Kreiszylinder mit gleichen Durchmessern und Querschnitten ausgebildet. Der zweite Rotorhohlwellenabschnitt 11b ist als ein Zylinder mit einer kreisförmigen Innenumfangsfläche 12 (4c) und mit einer mehrkantigen, insbesondere achtkantigen Mantelfläche 13 ausgebildet. Die Innenumfangsfläche 12 des zweiten Rotorhohlwellenabschnitts 11b weist einen größeren Durchmesser als der erste und dritte Rotorwellenabschnitt 11a, 11c auf.
Die Mantelfläche 13 des zweiten Rotorhohlwellenabschnitts 11b weist mehrere, insbesondere acht rechteckige Mantelflächenabschnitte 14 auf. Die Mantelflächenabschnitte 14 sind aus dem magnetischen, magnetisierbaren und/oder magnetisierten Werkstoff 4 gebildet. In einem alternativen Ausführungsbeispiel, insbesondere wie es beispielhaft in der 3 dargestellt ist, kann die Rotorhohlwelle 1 mehr als drei Rotorhohlwellenabschnitte 11a, 11b, 11c und/oder unterschiedliche Querschnitte und/oder unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Beispielsweise kann derjenige Rotorhohlwellenabschnitt, der den integrierten Rotor 3 bildet, auch als ein Kreiszylinder mit einer kreisförmigen Innenumfangsfläche und Mantelfläche ausgebildet sein.
In der 2 ist ein Ausschnitt aus einem Elektromotor 2 gezeigt. Der Elektromotor 2 ist in einer elektrischen Maschine, zum Beispiel eines Fahrzeuglüfter, einer Fahrzeugpumpe und/oder eines Fahrzeugkompressor integrierbar und zu deren Antrieb ausgebildet und/oder vorgesehen.
Der Elektromotor 2 umfasst die Rotorhohlwelle 1 aus der 1. Er weist auch einen Stator 10 auf, der die Rotorhohlwelle 1 in sich aufnimmt und/oder diese vollständig umgibt. Der Elektromotor 2, insbesondere der Stator 10, weist eine erste Lagereinrichtung 6a und eine zweite Lagereinrichtung 6b auf. Mit dem ersten Lagerbereich 7a, der an dem ersten Rotorhohlwellenabschnitt 11a angeordnet ist, ist die Rotorhohlwelle 1 in der ersten Lagereinrichtung 6a um die Drehachse R rotierbar gelagert. Mit dem zweiten Lagerbereich 7b, der an dem dritten Rotorhohlwellenabschnitt 11c angeordnet ist, ist die Rotorholwelle 1 in der zweiten Lagereinrichtung 6b um die Drehachse R rotierbar gelagert.
Der Stator 10 weist das mindestens eine magnetfelderzeugende Bauteil 19, bevorzugt mehrere, zum Beispiel drei oder sechs magnetfelderzeugende Bauteile 19 auf. Die magnetfelderzeugenden Bauteile 19 sind als schaltbare stromdurchflossene Spulen zur Erzeugung eines wechselnden Magnetfeldes ausgebildet.
Der in die Rotorhohlwelle 1 integrierte magnetische und/oder magnetisierbare Werkstoff 4 bildet einen Permanentmagneten, der in einer magnetischen Wechselwirkung mit dem wechselnden Magnetfeld steht, sodass die Rotorhohlwelle 1 in Rotation um die Drehachse R versetzt wird. Durch die Rotation der Rotorhohlwelle 1 wird das Antriebsdrehmoment erzeugt, das auf das Bauteil der Maschine zu deren Antrieb übertragbar ist.
Der Elektromotor 2 umfasst ein Getriebeelement 8, das mit dem Bauteil der Maschine wirkverbunden ist. Das Getriebeelement 8 ist mit dem Kopplungsbereich 9 der Rotorhohlwelle 1 gekoppelt, indem es in den Hohlraum der Rotorhohlwelle 1 im dritten Rotorhohlwellenabschnitt 11c eingesteckt ist und darin form- und/oder reibschlüssig befestigt ist.
In der 3 ist der zeitliche Ablauf eines Verfahrensschritts zur Herstellung einer alternativen Rotorhohlwelle 1 gezeigt. Die Rotorhohlwelle 1 mit ihren Rotorhohlwellenabschnitten 11a, 11b, 11c wird durch Innenhochdruckumformung aus einem Rohr 15 gefertigt. Zur Innenhochdruckumformung wird das Rohr 15 in ein geschlossenes Formwerkzeug 16 eingelegt und mittels Innendruck, der durch eine Flüssigkeit, zum Beispiel durch Wasser oder durch eine Wasser-Öl-Emulsion erzeugt ist, zu der Rotorhohlwelle 1 umgeformt.
Das Rohr 15 ist zumindest teilweise aus dem magnetischen und/oder magnetisierbaren Werkstoff 4 gebildet und weist einen über die gesamte Länge konstanten Querschnitt und/oder Durchmesser auf. Der magnetische und/oder magnetisierbare Werkstoff 4 bildet genau dort das Rohr 15, wo nach der Umformung, insbesondere nach Abschluss des Verfahrensschrittes, der zweite Rotorhohlwellenabschnitt 11b und/oder der integrierte Rotor 3 angeordnet ist. Alternativ kann das Rohr 15 auch größtenteils aus dem magnetischen und/oder magnetisierbaren Werkstoff 4 gebildet sein, sodass die daraus gefertigte Rotorhohlwelle 1 ebenfalls größtenteils aus dem magnetischen, magnetisierbaren und/oder magnetisierten Werkstoff 4 gebildet ist. In diesem Fall können neben dem zweiten Rotorhohlwellenabschnitt 11b auch der erste und/oder dritte Rotorhohlwellenabschnitt 11a, 11c aus dem magnetischen, magnetisierbaren und/oder magnetisierten Werkstoff 4 gebildet.
Optional wird der magnetisierbare Werkstoff nach der Umformung des Rohrs 15 zu der Rotorhohlwelle 1 magnetisiert. Dies ist insbesondere dann notwendig, wenn das Rohr 15 bei der Umformung einer starken Hitze ausgesetzt wird und der zuvor vorhandene magnetische Werkstoff durch die Hitze entmagnetisiert ist.
In den 4a bis 4c sind verschiedene Ansichten von Glockenwellenelementen 17a, 17b gezeigt. 4a zeigt eine Draufsicht von der Seite auf ein erstes und zweites Glockenwellenelement 17a, 17b entlang der Drehachse R. In der 4b sind die beiden Glockenwellenelemente 17a, 17b in einem Längsschnitt entlang der Drehachse R gezeigt. Eine perspektivische Draufsicht auf das erste Glockenwellenelement 17a ist in der 4c dargestellt.
Die Glockenwellenelemente 17a, 17b sind aus der in der 1 gezeigten Rotorhohlwelle 1 gebildet. Hierzu ist die Rotorhohlwelle 1 quer, insbesondere rechtwinklig, zu der Drehachse R unterteilt. Die Unterteilung verläuft zentral und/oder mittig durch den in die Rotorhohlwelle 1 integrierten Rotor 3, insbesondere durch den zweiten Rotorhohlwellenabschnitt 11b. Dadurch sind eine erste Rotorglocke 18a und eine zweite Rotorglocke 18b gebildet, wobei die erste Rotorglocke 18a einstückig und/oder einmaterialig mit dem ersten Rotorhohlwellenabschnitt 11a verbunden ist und wobei die zweite Rotorglocke 18b einstückig und/oder einmaterialig dem dritten Rotorhohlwellenabschnitt 11c verbunden ist. Somit umfasst das erste Glockenwellenelement 17a die erste Rotorglocke 18a und den ersten Rotorhohlwellenabschnitt 11a und das zweite Glockenwellenelement 17b die zweite Rotorglocke 18b und den dritten Rotorhohlwellenabschnitt 11c.
Durch die unterteilte Rotorhohlwelle 1 kann ein minimaler Versatz zwischen der Mantelfläche 13 der erste Rotorglocke 18a und der Mantelfläche 13 der zweiten Rotorglocke 18b erreicht werden, wobei der Versatz insbesondere bei einer Integration der beiden Glockenwellenelemente 17a, 17b in einem Elektromotor 2 für eine Wasserpumpe vorteilhaft sein kann.
Bezugszeichenliste

1: Rotorhohlwelle
2: Elektromotor
3: integrierter Rotor
4: magnetischer und/oder magnetisierbarer Werkstoff
5: integrierte Hohlwelle
6a: erste Lagereinrichtung
6b: zweite Lagereinrichtung
7a: erster Lagerbereich
7b: zweiter Lagerbereich
8: Getriebeelement
9: Kopplungsbereich
10: Stator
11a: erster Rotorhohlwellenabschnitt
11b: zweiter Rotorhohlwellenabschnitt
11c: dritte Rotorhohlwellenabschnitt
12: Innenumfangsfläche
13: Mantelfläche
14: Mantelflächenabschnitte
15: Rohr
16: Formwerkzeug
17a: erstes Glockenwellenelement
17b: zweites Glockenwellenelement
18a: erste Rotorglocke
18b: zweite Rotorglocke
19: magnetfelderzeugendes Bauteil
R: Drehachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10148669 A1 [0003]

Claims

Rotorhohlwelle (1) für einen Elektromotor (2), mit einem integrierten Rotor (3) zur Erzeugung eines Antriebdrehmoments und mit einer integrierten Hohlwelle (5) zur Übertragung des Antriebdrehmoments auf ein Bauteil einer Maschine, wobei der integrierte Rotor (3) und die integrierte Hohlwelle (5) einstückig und/oder einmaterialig miteinander zu der Rotorhohlwelle (1) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorhohlwelle (1) zumindest teilweise aus einem magnetischen und/oder magnetisierbaren Werkstoff (4) gebildet ist.
Rotorhohlwelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorhohlwelle (1) mehrere Rotorwellenabschnitte (11a, 11b, 11c) aufweist, von denen zumindest zwei Rotorwellenabschnitte (11a, 11b, 11c) unterschiedliche Querschnitte und/oder Durchmesser aufweisen, wobei mindestens einer der Rotorwellenabschnitte (11b) zumindest teilweise aus dem magnetischen und/oder magnetisierbaren Werkstoff (4) gebildet ist, wobei der mindestens eine Rotorwellenabschnitt (11b) der integrierte Rotor (3) ist.
Rotorhohlwelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorhohlwelle (1) einen ersten, zweiten und dritten Rotorwellenabschnitt (11a, 11b, 11c) umfasst, wobei der zweite Rotorwellenabschnitt (11b) zwischen dem ersten und dritten Wellenabschnitt (11a, 11c) angeordnet ist, wobei der zweite Rotorwellenabschnitt (11b) zumindest teilweise aus dem magnetischen und/oder magnetisierbaren Werkstoff (4) gebildet ist, wobei der zweite Rotorwellenabschnitt (11b) der integrierte Rotor (3) ist.
Rotorhohlwelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorhohlwelle (1) mindestens einen Lagerbereich (7a, 7b) zur drehbaren Lagerung in mindestens einer Lagereinrichtung (6a, 6b) des Elektromotors (2) und einen Kopplungsbereich (9) zur Kopplung mit einem Getriebeelement (8) des Elektromors (2) aufweist.
Rotorhohlwelle (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lagerbereich (6a, 6b) in dem ersten Rotorwellenabschnitt (11a) und/oder in dem dritten Rotorwellenabschnitt (11c) angeordnet ist und/oder dass der Kopplungsbereich (8) in dem ersten Rotorwellenabschnitt (11a) oder in dem dritten Rotorwellenabschnitt (11c) angeordnet ist.
Rotorhohlwelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorhohlwelle (1) zur Bildung von Glockenwellenelementen (17a, 17b) quer zu einer Drehachse (R) der Rotorhohlwelle (1) in ein erstes Glockenwellenelement (17a) und in ein zweites Glockenwellenelement (17b) unterteilt ist.
Rotorhohlwelle (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der integrierte Rotor (3) und/oder der zweite Rotorhohlwellenabschnitt (11b) in eine erste Rotorglocke (18a) und in eine zweite Rotorglocke (18b) geteilt ist, wobei das erste Glockenwellenelement (17a) die erste Rotorglocke (18a) und den ersten Rotorhohlwellenabschnitt (11a) umfasst und/oder wobei das zweite Glockenwellenelement (17b) die zweite Rotorglocke (18b) und den dritten Rotorhohlwellenabschnitt (11c) umfasst.
Rotorhohlwelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorhohlwelle (1) mit dem Verfahren nach Anspruch 12 hergestellt ist.
Elektromotor (2) mit der Rotorhohlwelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Elektromotor (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (2) einen Stator (10) mit mindestens einem magnetfelderzeugenden Bauteil (19), mindestens eine Lagereinrichtung (6a, 6b) und ein Getriebeelement (8) aufweist, wobei die Rotorhohlwelle (1) in dem mindestens einen Lagerbereich (7a, 7b) in der mindestens einen Lagereinrichtung (6a, 6b) gelagert ist und wobei die Rotorhohlwelle (1) in dem Kopplungsbereich (9) mit dem Getriebeelement (8) gekoppelt ist, wobei die Rotorhohlwelle (1) zumindest teilweise in dem Stator (10) aufgenommen ist.
Elektromotor (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische und/oder magnetisierbare Werkstoff (4) der Rotorhohlwelle (1) von dem mindestens einen magnetfelderzeugenden Bauteil (19) des Stators (10) umgeben ist.
Elektromotor (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) zum Antrieb einer elektrischen Maschine, z.B. eines Fahrzeuglüfters, einer Fahrzeugpumpe und/oder eines Fahrzeugkompressors, ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Rotorhohlwelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohr (15) durch Innenhochdruckumformung zu der Rotorhohlwelle (1) umgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (15) zumindest teilweise aus einem magnetischen und/oder magnetisierbaren Werkstoff (4) gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetisierbare Werkstoff (4) nach der Umformung des Rohrs (15) zu der Rotorhohlwelle (1) magnetisiert wird.