DE102019118646A1

DE102019118646A1 - Injection molded magnetic holder for a brushless electric motor

Info

Publication number: DE102019118646A1
Application number: DE102019118646.3A
Authority: DE
Inventors: Pascual Guardiola
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2018-07-13
Filing date: 2019-07-10
Publication date: 2020-01-16
Also published as: CN112400269A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rotoreinheit (1) für einen bürstenlosen Elektromotor aufweisend- einen ringförmigen Rotorkern (3), der eine Mittelachse (2) umgibt,- einer Mehrzahl von Magnetanordnungen, die in einer Umfangsrichtung der Rotoreinheit (1) um den Rotorkern (3) herum angeordnet sind, und die jeweils eine konvexe äußere Umfangsfläche (16), eine innere Anlagefläche (8), zwei axiale Stirnseiten (12) und zwei in Radialrichtung weisende Seitenflächen (10, 11) aufweisen,- einen an den Rotorkern (3) angespritzten Magnethalter (21), der eine Anzahl von in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandeten Halteabschnitten (20) aufweist, die jeweils zwischen zwei benachbarten Magnetanordnungen angeordnet sind, wobei die Halteabschnitte jeweils einen Schaftabschnitt und einen Kopfabschnitt (23) aufweisen, wobei der Schaftabschnitt in Umfangsrichtung zwischen den Magnetanordnungen liegt und der Kopfabschnitt an einem Ende des Schaftabschnitts ausgebildet ist, wobei der Kopfabschnitt den Schaftabschnitt in Radialrichtung, nach innen zum Rotorkern hin überragt und in eine korrespondierende Ausnehmung (26) des Rotorkerns (3), die im Bereich der Stirnfläche des Rotorkerns (3) angeordnet ist, eingreift und somit den Magnethalter an dem Rotorkern in Radialrichtung befestigt.The invention relates to a rotor unit (1) for a brushless electric motor, comprising an annular rotor core (3) which surrounds a central axis (2), and a plurality of magnet arrangements which rotate around the rotor core (3) in a circumferential direction of the rotor unit (1). are arranged around each, and each have a convex outer peripheral surface (16), an inner contact surface (8), two axial end faces (12) and two radial side surfaces (10, 11), - one molded onto the rotor core (3) Magnet holder (21), which has a number of circumferentially equally spaced holding sections (20), which are each arranged between two adjacent magnet arrangements, the holding sections each having a shaft section and a head section (23), the shaft section circumferentially between the magnet arrangements lies and the head portion is formed at one end of the shaft portion, the head portion the Shaft section in the radial direction, protrudes inwards towards the rotor core and engages in a corresponding recess (26) in the rotor core (3), which is arranged in the region of the end face of the rotor core (3), and thus fastens the magnet holder to the rotor core in the radial direction.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotoreinheit für einen bürstenlosen Elektromotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie einen bürstenlosen Elektromotor und ein Verfahren zur Herstellung eines Magnethalters mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 16.The present invention relates to a rotor unit for a brushless electric motor with the features of the preamble of claim 1 and a brushless electric motor and a method for producing a magnet holder with the features of the preamble of claim 16.

Aus dem Stand der Technik sind Elektromotoren bekannt, bei denen der Rotor Permanentmagnet trägt. Die Permanentmagnete sind um einen Rotorkern herum angeordnet und sitzen auf dessen Außenseite. Der Rotor definiert die geometrischen Achsen und Richtungen, die auch in dieser Beschreibung und den Patentansprüchen verwendet werden sollen. Eine Mittelachse fällt mit der Symmetrieachse des Rotors zusammen und stellt in dem Elektromotor auch die Drehachse des Rotors dar. In Richtung der Drehachse verläuft die Axialrichtung der Anordnung. Die Radialrichtung ist durch zunehmenden Abstand von der Mittelachse gekennzeichnet. Die Permanentmagnete des Rotors liegen also in Radialrichtung außen. Tangential zu dem Rotor verläuft die Umfangsrichtung, an der jeder Richtungsvektor senkrecht zu einem Radius der Anordnung ausgerichtet ist.Electric motors are known from the prior art in which the rotor carries a permanent magnet. The permanent magnets are arranged around a rotor core and sit on the outside thereof. The rotor defines the geometrical axes and directions which are also to be used in this description and the claims. A central axis coincides with the axis of symmetry of the rotor and also represents the axis of rotation of the rotor in the electric motor. The axial direction of the arrangement runs in the direction of the axis of rotation. The radial direction is characterized by an increasing distance from the central axis. The permanent magnets of the rotor are located outside in the radial direction. The circumferential direction, in which each direction vector is aligned perpendicular to a radius of the arrangement, extends tangentially to the rotor.

Der Elektromotor weist nach dem Stand der Technik außerdem einen radial außerhalb des Rotors angeordneten Stator auf, der den Rotor außen ringförmig umgibt. Der Stator enthält eine Anzahl von Elektromagneten, die im Allgemeinen von einem Eisenkern und einer Wicklung gebildet werden. Eine geeignete Bestromung der Wicklungen des Stators erzeugt ein drehendes Feld, das entsprechend ein Drehmoment in dem Rotor erzeugt. Der Stator ist in einem Motorgehäuse angeordnet, in dem der Rotor mit seiner Motorwelle drehbar gelagert ist.According to the prior art, the electric motor also has a stator which is arranged radially outside the rotor and surrounds the rotor in a ring shape on the outside. The stator contains a number of electromagnets, which are generally formed by an iron core and a winding. A suitable energization of the windings of the stator generates a rotating field, which accordingly generates a torque in the rotor. The stator is arranged in a motor housing in which the rotor with its motor shaft is rotatably mounted.

Die Permanentmagnete sind üblicherweise aus einem spröden Material gefertigt. Die Magnete sind nicht mit dem Rotorkern verschraubt, sondern sitzen auf nach außen weisenden Planflächen des Rotorkerns, wo sie von einem Magnethalter mechanisch gehalten werden. Der Magnethalter nimmt insbesondere die Fliehkräfte auf, die bei der Rotation des Rotors auf die Magnete einwirken.The permanent magnets are usually made of a brittle material. The magnets are not screwed to the rotor core, but sit on outward-facing flat surfaces of the rotor core, where they are mechanically held by a magnet holder. The magnet holder particularly absorbs the centrifugal forces that act on the magnets when the rotor rotates.

Die Magnethalter haben deshalb die Aufgabe, zum einen die Magnete fest und präzise in der vorgesehenen Position zu halten. Zum anderen dienen sie auch als Führung. Bei der Fertigung wird der Rotorkern zunächst mit dem Magnethalter bestückt und die Magnete werden dann in die vorgesehenen Positionen eingeschoben, wobei sie in Axialrichtung entlang der planen Außenfläche des Rotorkerns zwischen jeweils zwei Halteabschnitte des Magnethalters eingeschoben werden. Solche Magnethalter sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus US 7,687,957 B2 und US 2015/0001978 , bekannt.The magnetic holders therefore have the task of holding the magnets firmly and precisely in the intended position. On the other hand, they also serve as a guide. During manufacture, the rotor core is first fitted with the magnet holder and the magnets are then inserted into the intended positions, being inserted between two holding sections of the magnet holder in the axial direction along the flat outer surface of the rotor core. Such magnet holders are from the prior art, for example US 7,687,957 B2 and US 2015/0001978 , known.

Herkömmlicherweise werden die Magnethalter als separates Bauteil gefertigt. Es ist aber auch bekannt, die Magnethalter an den Rotorkern anzuspritzen.Conventionally, the magnetic holders are manufactured as a separate component. However, it is also known to spray the magnet holder onto the rotor core.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Rotoreinheit mit Magnethalter und einen Elektromotor zu schaffen, bei denen der Magnethalter besonders einfach und kostengünstig herzustellen ist.It is an object of the present invention to provide a rotor unit with a magnet holder and an electric motor, in which the magnet holder is particularly simple and inexpensive to manufacture.

Diese Aufgabe wird von einer Rotoreinheit für einen bürstenlosen Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie von einem bürstenlosen Elektromotor und einem Verfahren zur Herstellung eines Magnethalters mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.This object is achieved by a rotor unit for a brushless electric motor with the features of claim 1 and by a brushless electric motor and a method for producing a magnet holder with the features of claim 16.

Demnach ist eine Rotoreinheit für einen bürstenlosen Elektromotor aufweisend

- einen ringförmigen Rotorkern, der eine Mittelachse umgibt,
- einer Mehrzahl von Magnetanordnungen, die in einer Umfangsrichtung der Rotoreinheit um den Rotorkern herum angeordnet sind, und die jeweils eine konvexe äußere Umfangsfläche, eine innere Anlagefläche, zwei axiale Stirnseiten und zwei in Umfangsrichtung weisende Seitenflächen aufweisen,
- einen an den Rotorkern angespritzten Magnethalter, der eine Anzahl von in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandeten Halteabschnitten aufweist, die jeweils zwischen zwei benachbarten Magnetanordnungen angeordnet sind, wobei die Halteabschnitte jeweils einen Schaftabschnitt und einen Kopfabschnitt aufweisen, wobei der Schaftabschnitt in Umfangsrichtung zwischen den Magnetanordnungen liegt und der Kopfabschnitt an einem Ende des Schaftabschnitts ausgebildet ist, wobei der Kopfabschnitt den Schaftabschnitt in Radialrichtung, nach innen zum Rotorkern hin überragt und in eine korrespondierende Ausnehmung des Rotorkerns, die im Bereich der Stirnfläche des Rotorkerns angeordnet ist, eingreift und somit den Magnethalter an dem Rotorkern in Radialrichtung befestigt.

Accordingly, there is a rotor unit for a brushless electric motor

an annular rotor core which surrounds a central axis,
a plurality of magnet arrangements which are arranged in a circumferential direction of the rotor unit around the rotor core and which each have a convex outer circumferential surface, an inner contact surface, two axial end faces and two side surfaces pointing in the circumferential direction,
- A magnet holder injection-molded onto the rotor core, which has a number of holding sections which are evenly spaced in the circumferential direction and are each arranged between two adjacent magnet arrangements, the holding sections each having a shaft section and a head section, the shaft section lying circumferentially between the magnet arrangements and the Head section is formed at one end of the shaft section, the head section protruding radially inwards towards the rotor core and engaging in a corresponding recess in the rotor core, which is arranged in the region of the end face of the rotor core, and thus the magnet holder on the rotor core in Fixed radial direction.

Vorzugsweise weist der Kopfabschnitt eine Höhe in Richtung der Mittelachse auf, die höchstens 20% insbesondere 10% der Gesamthöhe der Rotoreinheit entspricht. Dadurch kann Material eingespart werden und die Form des Rotorkerns deutlich vereinfacht werden.The head section preferably has a height in the direction of the central axis which corresponds to at most 20%, in particular 10%, of the total height of the rotor unit. This saves material and the shape of the rotor core can be significantly simplified.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kopfabschnitt in einem Querschnitt entlang einer quer zu der Mittelachse verlaufenden Ebene T-förmig ausgebildet und greift mit seinen in Radialrichtung vorliegenden Hinterschnitten in die korrespondierende Ausnehmung des Rotorkerns beim Einspritzen ein. So wird der Magnethalter formschlüssig mit dem Rotorkern verbunden.In a preferred embodiment, the head section is in a cross section along a transversely to the center axis plane T-shaped and engages with its undercuts in the radial direction in the corresponding recess of the rotor core during injection. In this way, the magnetic holder is positively connected to the rotor core.

Vorzugsweise sind die Schaftabschnitte in einem Querschnitt entlang einer quer zu der Mittelachse verlaufenden Ebene T-förmig ausgebildet sind, so dass die Schaftabschnitte die Lage der Magnetanordnungen in Radialrichtung an dem Rotorkern fixieren. Die Schaftabschnitte bilden so einen Sitz für die Magnetanordnungen und decken diese zumindest teilweise auf der Außenseite ab, so dass deren Lage in Radialrichtung definiert ist.The shaft sections are preferably T-shaped in a cross section along a plane running transversely to the central axis, so that the shaft sections fix the position of the magnet arrangements on the rotor core in the radial direction. The shaft sections thus form a seat for the magnet arrangements and cover them at least partially on the outside, so that their position is defined in the radial direction.

Vorzugsweise weisen die Schaftabschnitte jeweils einen Steg auf, der in eine auf der Außenseite des Rotorkerns, in Richtung der Mittelachse verlaufenden Nut eingeführt ist. Der Steg und die Nut erstrecken sich bevorzugt ab dem Kopfabschnitt bzw. der Ausnehmung über die restliche Höhe des Rotorkerns und können so im Zusammenspiel sicherstellen, dass die Lage des Magnethalters an dem Rotorkern in Umfangsrichtung über die gesamte Höhe der Magnetanordnung definiert ist.The shaft sections preferably each have a web which is inserted into a groove running on the outside of the rotor core in the direction of the central axis. The web and the groove preferably extend from the head section or the recess over the remaining height of the rotor core and can thus ensure in interaction that the position of the magnet holder on the rotor core is defined in the circumferential direction over the entire height of the magnet arrangement.

Es ist dabei vorteilhaft, wenn der Steg in einem Querschnitt entlang einer quer zu der Mittelachse verlaufenden Ebene im Wesentlichen rechteckig ist. Die dazu korrespondierende Nut lässt sich sehr einfach am Rotorkern ausformen.It is advantageous if the web is essentially rectangular in a cross section along a plane running transversely to the central axis. The corresponding groove can be easily formed on the rotor core.

Vorzugsweise sind die Halteabschnitte an einem Boden des Magnethalters angeformt. In einer Ausführungsform können die Halteabschnitte mittels Haltearme gebildet sein, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Magnethalter in Umfangsrichtung die Magnetanordnungen ohne Unterbrechung und über die Gesamthöhe des Magnethalters umgibt. In diesem Fall ist der Magnethalter vorzugsweise topfförmig ausgebildet und weist einen auf einem Boden angeordneten Mantel auf, wobei auf der Innenseite des Mantels die Halteabschnitte angeordnet sind.The holding sections are preferably formed on a bottom of the magnet holder. In one embodiment, the holding sections can be formed by means of holding arms which are spaced apart from one another in the circumferential direction. However, it can also be provided that the magnet holder surrounds the magnet arrangements in the circumferential direction without interruption and over the entire height of the magnet holder. In this case, the magnet holder is preferably pot-shaped and has a casing arranged on a bottom, the holding sections being arranged on the inside of the casing.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Magnetanordnungen jeweils von einem Permanentmagneten, der jeweils eine plane äußere Anlagefläche, eine plane innere Anlagefläche, zwei axiale Stirnflächen und zwei Seitenflächen aufweist, und von einem Magnetflussleiter, der eine konvexe äußere Umfangsfläche und eine plane innere Anlagefläche aufweist, gebildet, wobei die plane innere Anlagefläche des jeweiligen Magnetflussleiters in Anlage mit der planen äußeren Anlagefläche des entsprechenden Permanentmagnetes steht, und der Magnetflussleiter jeweils einstückig ausgeformt ist.In a preferred embodiment, the magnet arrangements are each formed by a permanent magnet, each of which has a flat outer contact surface, a flat inner contact surface, two axial end faces and two side surfaces, and a magnetic flux conductor which has a convex outer peripheral surface and a flat inner contact surface , wherein the flat inner contact surface of the respective magnetic flux conductor is in contact with the flat outer contact surface of the corresponding permanent magnet, and the magnetic flux conductor is formed in one piece.

Vorzugsweise weist der Rotorkern an der Außenseite flache Außenflächen auf, die jeweils die gleiche Größe und die gleiche Form aufweisen, und die in gleichförmigen Winkelabstand entlang der äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns verteilt sind, wobei zwischen jeweils zwei Außenflächen die Nut vorgesehen ist, die von außen in Radialrichtung in die Kante eingeformt ist, die die beiden aneinander angrenzenden Außenflächen in diesem Bereich bilden.Preferably, the outside of the rotor core has flat outer surfaces, each of the same size and shape, and which are distributed at a uniform angular distance along the outer circumferential surface of the rotor core, the groove being provided between two outer surfaces in each case Radial direction is formed in the edge that form the two adjacent outer surfaces in this area.

Der Magnethalter ist bevorzugt aus Polybutylenterephthalat mit Glasfaser oder Polyamid gebildet.The magnet holder is preferably made of polybutylene terephthalate with glass fiber or polyamide.

Weiterhin ist ein bürstenloser Elektromotor mit einem Stator, einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Motorwelle, und mit einer zuvor beschriebenen, auf der Motorwelle befestigten Innenläufer-Rotoreinheit vorgesehen. In diesem Fall umgibt der Stator den Rotor auf der Außenseite.Furthermore, a brushless electric motor with a stator, a motor shaft rotatably mounted in a housing, and with a previously described inner rotor rotor unit fastened to the motor shaft is provided. In this case, the stator surrounds the rotor on the outside.

Es ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines Magnethalters für eine Innenläufer-Rotoreinheit eines bürstenlosen Elektromotors vorgesehen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

• Bereitstellen einer Spritzgussform,
• Platzieren eines Rotorkerns in der Spritzgussform,
• Einbringen von Platzhaltern für Magnetanordnungen der Rotoreinheit,
• Einbringen eines Kunststoffes in die Spritzgussform,
• Entnehmen des gegossenen Produkts und Entfernen der Platzhalter.

A method for producing a magnet holder for an inner rotor rotor unit of a brushless electric motor is also provided, the method comprising the following steps:

Providing an injection mold,
Placing a rotor core in the injection mold,
Insertion of placeholders for magnet arrangements of the rotor unit,
Introduction of a plastic into the injection mold,
• Remove the cast product and remove the placeholders.

Es kann aber auch vorgesehen sein, dass bei dem Herstellungsverfahren der Rotorkern und die Magnetanordnungen in der Spritzgussform platziert werden und umspritzt werden.However, it can also be provided that in the manufacturing process the rotor core and the magnet arrangements are placed in the injection mold and overmolded.

Dabei ist es bevorzugt, wenn an einem Ende des Rotorkerns in Richtung einer Mittelachse Ausnehmungen zum Einspritzen des Kunststoffs angeordnet sind.It is preferred if recesses for injecting the plastic are arranged at one end of the rotor core in the direction of a central axis.

Die Ausnehmungen sind bevorzugt in Radialrichtung T-förmig ausgestaltet und nach oben hin, in Richtung der Mittelachse, offen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Ausnehmungen in Richtung einer Mittelachse eine konstante Tiefe aufweisen.The recesses are preferably T-shaped in the radial direction and open towards the top, in the direction of the central axis. It is advantageous if the recesses have a constant depth in the direction of a central axis.

Vorzugsweise weist die Spritzgussform einen Negativabdruck zur Ausbildung von beabstandeten Haltearmen in Umfangsrichtung um den Rotorkern auf, wobei die Haltearme an den Rotorkern angespritzt werden und sich mit diesem formschlüssig verbinden.The injection mold preferably has a negative impression for forming spaced-apart holding arms in the circumferential direction around the rotor core, the holding arms being injection-molded onto the rotor core and connecting to the latter in a form-fitting manner.

Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Spritzgussform einen Negativabdruck zur Ausbildung eines topfförmigen Magnethalters aufweist, wobei auf der Innenseite des Magnethalters Haltearme in Umfangsrichtung um den Rotorkern ausgebildet werden, die an den Rotorkern angespritzt werden und sich mit diesem formschlüssig verbinden. However, it can also be provided that the injection mold has a negative impression for forming a pot-shaped magnet holder, with holding arms being formed in the circumferential direction around the rotor core on the inside of the magnet holder, which arms are injection molded onto the rotor core and connect to it in a form-fitting manner.

Allgemein ist es vorteilhaft, wenn der Kunststoff Polybutylenterephthalat mit 30% Glasfaser (PBT 30) oder Polyamid (PA) ist.In general, it is advantageous if the plastic is polybutylene terephthalate with 30% glass fiber (PBT 30 ) or polyamide (PA).

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleichen Funktionen tragen gleiche Bezugszeichen. Es zeigen:

1: eine Rotoreinheit in einer perspektivischen Darstellung mit erfindungsgemäßem Magnethalter,
2: eine perspektivische Ansicht eines Rotorkerns,
3: eine perspektivische Ansicht des Magnethalters, sowie
4: einen Elektromotor mit der Rotoreinheit der 1.

An exemplary embodiment of the invention is described in more detail below with reference to the drawings. The same components or components with the same functions have the same reference symbols. Show it:

1 a rotor unit in a perspective view with a magnet holder according to the invention,
2 : a perspective view of a rotor core,
3 : a perspective view of the magnet holder, as well
4 : an electric motor with the rotor unit of the 1 ,

Die 1 zeigt eine Rotoreinheit 1 mit einer Mittelachse 2, die mit einer vorgesehenen Drehachse der Rotoreinheit 1 zusammenfällt. Die Rotoreinheit 1 weist einen im Wesentlichen rotationssymmetrischen Rotorkern 3 auf, der eine Mittelbohrung 4 zur Aufnahme einer nicht dargestellten Motorwelle aufweist. Der Rotorkern ist ein Innenläufer-Rotorkern und Teil eines als Innenläufer ausgebildeten, bürstenlosen Elektromotors. 2 zeigt im Detail den Rotorkern. An seiner Außenseite weist der Rotorkern 3 flache Außenflächen 5 auf, und zwar in diesem Ausführungsbeispiel insgesamt acht Außenflächen 5, die jeweils die gleiche Größe und die gleiche Form aufweisen, und die in gleichförmigen Winkelabstand entlang der äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns 3 verteilt sind. Der Rotorkern 3 ist einstückig hergestellt. Er besteht also nicht aus mehreren, aufeinanderliegenden Lamellen, beziehungsweise er liegt nicht als geschichteter Kern vor. Er ist aus einem Werkstück gebildet. Er besteht bevorzugt aus einem weichen Stahl mit hohem Eisengehalt und ist bevorzugt im Kaltpressverfahren hergestellt. Zwischen jeweils zwei Außenflächen 5 ist eine Nut 6 vorgesehen, die von außen in Radialrichtung in die Kante eingeformt ist, die die beiden aneinander angrenzenden Außenflächen 5 in diesem Bereich bilden. Die Nut 6 ist radial nach außen hin offen und verläuft parallel zu der Mittelachse 2. An einem Ende des Rotorkerns 3 in Axialrichtung sind Ausnehmungen 26 angeordnet. Die Ausnehmungen 26 erstrecken sich T-förmig, im Allgemeinen in Radialrichtung, wobei der querliegende Bereich der Ausnehmung 261 in Umfangsrichtung orientiert ist und der dazu senkrechte Bereich 262 in Radialrichtung nach außen, von dem querliegenden Bereich 261 abgeht. Die Ausnehmung 26 ist somit nach oben hin, in Axialrichtung, offen und in Radialrichtung einseitig offen, wobei die in Radialrichtung liegende Öffnung 263 eine lichte Breite aufweist, die kleiner ist als die Breite der Ausnehmung 26 in Umfangsrichtung. Die Ausnehmung 26 weist somit in Radialrichtung einen Hinterschnitt 264 auf. In Axialrichtung weist die Ausnehmung 26 eine konstante Tiefe und keine Hinterschnitte auf. Die Tiefe ist bevorzugt in einem Bereich zwischen 0,5 mm und 1,5 mm, insbesondere maximal 2 mm in Axialrichtung. Durch die Einfachheit der Ausnehmungen 26 können diese bei Formung des Rotorkerns 3 mit ausgebildet werden. Es bedarf daher keiner Nachbearbeitung zur Ausformung der Ausnehmungen 26, was die Herstellung des Rotorkerns 3 stark vereinfacht und die Kosten reduziert. Die Ausnehmungen 26 liegen in Umfangsrichtung im Bereich der Kanten zwischen zwei aneinander angrenzenden Außenflächen 5. Von jeweils einer Ausnehmung 26 an dem einen Ende des Rotorkerns hin zu dem anderen Ende des Rotorkerns erstreckt sich entlang der Kanten zwischen zwei aneinander angrenzenden Außenflächen 5 jeweils eine Nut 6 in Axialrichtung. Die Nuten 6 werden ebenfalls bei der Ausformung des Rotorkerns 3 mit ausgebildet und bedürfen keiner Nachbearbeitung.The 1 shows a rotor unit 1 with a central axis 2 with an intended axis of rotation of the rotor unit 1 coincides. The rotor unit 1 has an essentially rotationally symmetrical rotor core 3 on which is a center hole 4 for receiving a motor shaft, not shown. The rotor core is an inner rotor rotor core and part of a brushless electric motor designed as an inner rotor. 2 shows the rotor core in detail. The rotor core faces on its outside 3 flat outer surfaces 5 on, in this embodiment, a total of eight outer surfaces 5 , each of the same size and shape, and which are uniformly angularly spaced along the outer peripheral surface of the rotor core 3 are distributed. The rotor core 3 is made in one piece. So it does not consist of several superimposed lamellas, or it is not available as a layered core. It is formed from a workpiece. It is preferably made of a soft steel with a high iron content and is preferably produced using the cold press process. Between two outer surfaces 5 is a groove 6 provided, which is formed from the outside in the radial direction in the edge, the two adjacent outer surfaces 5 form in this area. The groove 6 is open radially outwards and runs parallel to the central axis 2 , At one end of the rotor core 3 there are recesses in the axial direction 26 arranged. The recesses 26 extend T-shaped, generally in the radial direction, with the transverse region of the recess 261 is oriented in the circumferential direction and the area perpendicular thereto 262 in the radial direction outwards, from the transverse area 261 going on. The recess 26 is thus open upwards, in the axial direction, and open on one side in the radial direction, the opening lying in the radial direction 263 has a clear width that is smaller than the width of the recess 26 in the circumferential direction. The recess 26 thus has an undercut in the radial direction 264 on. The recess faces in the axial direction 26 a constant depth and no undercuts. The depth is preferably in a range between 0.5 mm and 1.5 mm, in particular a maximum of 2 mm in the axial direction. Due to the simplicity of the recesses 26 can do this when forming the rotor core 3 be trained with. There is therefore no need for post-processing to form the recesses 26 what the manufacture of the rotor core 3 greatly simplified and the costs reduced. The recesses 26 lie in the circumferential direction in the area of the edges between two adjacent outer surfaces 5 , From one recess each 26 at one end of the rotor core towards the other end of the rotor core extends along the edges between two adjacent outer surfaces 5 one groove each 6 in the axial direction. The grooves 6 are also used when shaping the rotor core 3 with trained and do not require post-processing.

Wie in 1 dargestellt, liegen an den Außenflächen 5 des Rotorkerns 3 insgesamt acht quaderförmige Permanentmagnete 7 an, die einen rechteckigen Querschnitt mit einer inneren planen Anlagefläche 8, einer äußeren planen Anlagefläche 9, und zwei planen Seitenflächen 10,11 aufweisen. Die innere Anlagefläche 8 der Permanentmagnete 7 weist radial nach innen zu dem Rotorkern 3 und die äußere Anlagefläche 9 liegt der inneren Anlagefläche gegenüber und weist radial nach außen, von dem Rotorkern 3 weg. Die Seitenflächen 10,11 erstrecken sich in radialer Richtung, senkrecht zu den Anlageflächen 8,9. Schließlich weisen die Permanentmagnete 7 noch axiale Stirnflächen 12 auf. Die Permanentmagnete 7 sind bevorzugt aus Neodym oder Ferriten hergestellt und werden vorzugsweise in einem Sinterprozess gefertigt.As in 1 shown, lie on the outer surfaces 5 of the rotor core 3 a total of eight rectangular permanent magnets 7 which has a rectangular cross section with an inner flat contact surface 8th , an outer flat contact surface 9 , and two flat side surfaces 10 . 11 exhibit. The inner contact surface 8th of permanent magnets 7 faces radially inward to the rotor core 3 and the outer contact surface 9 lies opposite the inner contact surface and points radially outward from the rotor core 3 path. The side faces 10 . 11 extend in the radial direction, perpendicular to the contact surfaces 8, 9. Finally, the permanent magnets 7 still axial end faces 12 on. The permanent magnets 7 are preferably made of neodymium or ferrites and are preferably manufactured in a sintering process.

An den äußeren Anlageflächen 9 der Permanentmagnete liegen jeweils Magnetflussleiter 14 an, die jeweils die gleiche Größe und die gleiche Form aufweisen, und die in gleichförmigen Winkelabstand entlang der äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns 3 verteilt sind. Die Magnetflussleiter 14 weisen jeweils eine plane Anlagefläche 15 auf, sowie eine konvexe äußere Umfangsfläche 16 und Seitenflächen 17,18. Die plane Anlagefläche 15 der Magnetflussleiter weist radial nach innen zu dem Rotorkern 3 und die konvexe äußere Umfangsfläche 16 weist radial nach außen von dem Rotorkern 3 weg. Die Seitenflächen 17,18 der Magnetflussleiter erstrecken sich in etwa jeweils in Radialrichtung und liegen sich in Umfangsrichtung gegenüber. Schließlich weisen die Magnetflussleiter 14 noch axiale Stirnflächen 19,20 auf. Die Magnetflussleiter 14 liegen mit ihrer planen Anlagefläche 15 in Anlage mit der äußeren Anlagefläche 9 der Permanentmagnete und erstrecken sich über einen Bereich von wenigstens 80% der Breite der äußeren Anlagefläche in Umfangsrichtung. In Axialrichtung weisen die Permanentmagnete und die Magnetflussleiter bevorzugt dieselbe Länge auf. Der Radius der Konvexität der äußeren Umfangsfläche 16 des Magnetflussleiters 14 ist kleiner als oder gleich wie der Radius der Einhüllenden des Rotorkerns, insbesondere mindestens halb so groß wie der Radius der Einhüllenden. Die Magnetflussleiter 14 sind bevorzugt aus einem weichen Stahl mit einem hohen Eisengehalt gefertigt. Die Magnetflussleiter 14 sind dabei vorzugsweise einstückig, bestehen also nicht aus mehreren, aufeinanderliegenden Lamellen. Sie werden vorzugsweise aus einem Werkstück insbesondere in einem Strangpressverfahren hergestellt und auf ihre sich in Axialrichtung erstreckende Länge zugeschnitten. Die Seitenflächen 17,18 der Magnetflussleiter 14 werden durch Entgraten der Kanten gebildet. Die Magnetflussleiter 14 sind dazu vorgesehen, die mittels der Permanentmagnete 7 erzeugten Magnetflüsse zu beeinflussen. Durch die Konvexität der Magnetflussleiter 14 wird der Magnetfluss so fokussiert, dass sich ein begrenzter Bereich mit höherer Flussdichte in Radialrichtung nach außen, von dem Rotorkern 3 weggehend, ausformt.On the outer contact surfaces 9 the permanent magnets are each magnetic flux conductors 14 , each of the same size and shape, and which are uniformly angularly spaced along the outer peripheral surface of the rotor core 3 are distributed. The magnetic flux conductor 14 each have a flat contact surface 15 on, as well as a convex outer peripheral surface 16 and side surfaces 17 . 18 , The flat contact surface 15 the magnetic flux conductor points radially inward to the rotor core 3 and the convex outer peripheral surface 16 faces radially outward from the rotor core 3 path. The faces 17 . 18 the magnetic flux conductors each extend approximately in the radial direction and lie opposite one another in the circumferential direction. Finally, the magnetic flux conductors 14 still axial end faces 19 . 20 on. The magnetic flux conductor 14 lie with their flat contact surface 15 in contact with the outer contact surface 9 of the permanent magnets and extend over a region of at least 80% of the width of the outer contact surface in the circumferential direction. In the axial direction, the permanent magnets and the magnetic flux conductors preferably have the same length. The radius of convexity of the outer peripheral surface 16 of the magnetic flux conductor 14 is smaller than or equal to the radius of the envelope of the rotor core, in particular at least half as large as the radius of the envelope. The magnetic flux conductor 14 are preferably made of a soft steel with a high iron content. The magnetic flux conductor 14 are preferably in one piece, so they do not consist of several superimposed slats. They are preferably produced from a workpiece, in particular in an extrusion process, and cut to their length that extends in the axial direction. The side faces 17, 18 of the magnetic flux conductors 14 are formed by deburring the edges. The magnetic flux conductor 14 are provided by means of permanent magnets 7 to influence generated magnetic fluxes. Due to the convexity of the magnetic flux conductors 14 the magnetic flux is focused in such a way that a limited area with a higher flux density extends radially outwards from the rotor core 3 outgoing, molded.

Die Permanentmagnete 7 und Magnetflussleiter 14 werden an dem Rotorkern 3 mittels eines Magnethalters 21 gehalten. Der Magnethalter 21 besteht aus einem spritzfähigen Kunststoff, vorzugsweise Polybutylenterephthalat mit 30% Glasfaser (PBT 30) oder Polyamid (PA), und wird vorzugsweise in einem Spritzgussverfahren hergestellt. Der Magnethalter 21 weist Halteabschnitte 22 auf, die jeweils einen Schaftabschnitt 23 und einen Kopfabschnitt 24 aufweisen, wobei der Schaftabschnitt 23 mittel eines Stegs in die Nut 7 hinein reicht und dort formschlüssig gehalten ist. Der Steg weist dabei im Querschnitt keine Hinterschnitte auf und ist bevorzugt im Wesentlichen rechteckig im Querschnitt ausgebildet. Die Schaftabschnitte 23 der Halteabschnitte 22 gehen senkrecht von einem ringförmigen Boden 25 des Magnethalters 21 ab. Die Halteabschnitte 22 sind dabei außen an dem Boden 25 angeformt. Der Boden 25 ist so dimensioniert, dass der Rotorkern 3, die Permanentmagnete 7 und die Magnetflussleiter 14 mit ihrer einen Stirnseite zumindest teilweise auf dem Boden aufliegen. Der Kopfabschnitt 24 ist an der bodenfernen Seite des Schaftabschnitts 23 angeformt und erstreckt sich in Radialrichtung der Anordnung, von dem Schaftabschnitt 23 weg, in Richtung des Rotorkerns 3. Die Permanentmagnete 7 und die Magnetflussleiter 14 werden von den Halteabschnitten 22 in Umfangsrichtung der Rotoreinheit 1 fixiert, indem sie mit ihren Seitenflächen an dem jeweils benachbarten Schaftabschnitt 23 anliegen. In Radialrichtung nach außen werden die Permanentmagnete 7 und die Magnetflussleiter 14 ebenfalls von den Schaftabschnitten 23 gehalten. Die Schaftabschnitte 23 weisen dafür einen Sitz für die Permanentmagnete 7 und einen Sitz für die Magnetflussleiter 14 auf. Die Schaftabschnitte 23 sind dafür im Querschnitt im Wesentlichen T-förmig ausgeformt, wobei der sich in Radialrichtung erstreckende Teil den in die Nut 6 greifenden Steg bildet und der sich in Umfangsrichtung erstreckende Teil die Magnetflussleiter 14 und die Permanentmagnete 7 in Radialrichtung in Position hält.The permanent magnets 7 and magnetic flux conductors 14 are on the rotor core 3 using a magnetic holder 21 held. The magnet holder 21 consists of a sprayable plastic, preferably polybutylene terephthalate with 30% glass fiber (PBT 30 ) or polyamide (PA), and is preferably produced in an injection molding process. The magnet holder 21 has holding sections 22 on, each a shaft section 23 and a head section 24 have, the shaft portion 23 by means of a web in the groove 7 extends into it and is held there positively. The web has no undercuts in cross section and is preferably essentially rectangular in cross section. The shaft sections 23 the holding sections 22 go perpendicular from an annular bottom 25 of the magnet holder 21 from. The holding sections 22 are on the outside of the floor 25 formed. The floor 25 is dimensioned so that the rotor core 3 who have favourited Permanent Magnets 7 and the magnetic flux conductors 14 with one end face at least partially on the floor. The head section 24 is on the side of the shaft section away from the ground 23 integrally formed and extends in the radial direction of the arrangement, from the shaft portion 23 away, towards the rotor core 3 , The permanent magnets 7 and the magnetic flux conductors 14 are from the holding sections 22 in the circumferential direction of the rotor unit 1 fixed by their side faces on the respective adjacent shaft section 23 issue. In the radial direction to the outside, the permanent magnets 7 and the magnetic flux conductors 14 also from the shaft sections 23 held. The shaft sections 23 have a seat for the permanent magnets 7 and a seat for the magnetic flux conductors 14 on. The shaft sections 23 are essentially T-shaped in cross-section, the part extending in the radial direction being in the groove 6 engaging web and the part extending in the circumferential direction the magnetic flux conductor 14 and the permanent magnets 7 holds in position in the radial direction.

Der Kopfabschnitt 24 ist an seinem rotorkernnahen Ende T-förmig ausgebildet, wobei der querliegende Bereich des Kopfabschnitts 241 in Umfangsrichtung orientiert ist und der dazu senkrechte Bereich 242 in Radialrichtung nach außen von dem querliegenden Bereich 241 abgeht. Der Kopfabschnitt 24 weist somit in Radialrichtung einen Hinterschnitt 244 auf. In Axialrichtung hat der Kopfabschnitt 24 eine konstante Höhe und keine Hinterschnitte. Der Kopfabschnitt 24 greift in die korrespondierende Ausnehmung 26 des Rotorkerns 3, die im Bereich der Stirnfläche des Rotorkerns 3 angeordnet ist und bildet somit eine Fixierung des Magnethalters 21 gegenüber dem Rotorkern 3 in axialer Richtung mit Hilfe des Bodens 25 des Magnethalters 21. Die Höhe des Kopfabschnitts 24 entspricht in etwa der Tiefe der Ausnehmung 26 des Rotorkerns 3. Der Kopfabschnitt 24 greift in radialer Richtung in die Hinterschnitte der Ausnehmung und fixiert den Magnethalter 21 an dem Rotorkern 3 in Radialrichtung.The head section 24 is T-shaped at its end near the rotor core, the transverse region of the head section 241 is oriented in the circumferential direction and the area perpendicular thereto 242 in the radial direction outwards from the transverse region 241 going on. The head section 24 thus has an undercut in the radial direction 244 on. The head section has an axial direction 24 a constant height and no undercuts. The head section 24 reaches into the corresponding recess 26 of the rotor core 3 that in the area of the end face of the rotor core 3 is arranged and thus forms a fixation of the magnet holder 21 towards the rotor core 3 in the axial direction with the help of the bottom 25 of the magnet holder 21 , The height of the head section 24 corresponds approximately to the depth of the recess 26 of the rotor core 3 , The head section 24 grips the undercuts of the recess in the radial direction and fixes the magnet holder 21 on the rotor core 3 in the radial direction.

3 zeigt den einzelnen Magnethalter 21. Der Magnethalter 21 wird an den Rotorkern 3 angespritzt. Dafür wird der Rotorkern 3 in eine entsprechende Spritzgussform eingesetzt, die für die Permanentmagnete und Magnetflussleiter Platzhalter vorsieht. Der in 3 dargestellt Magnethalter 21 weist in Umfangsrichtung angeordnete Haltearme auf, die die Halteabschnitte 22 bilden. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Rotorkern 3 in Umfangsrichtung vollflächig umspritzt wird. Der Magnethalter ist dann im Wesentlichen topfförmig ausgestaltet, wobei die Halteabschnitte von der Innenseite des Mantels abgehen. 3 shows the single magnet holder 21 , The magnet holder 21 is on the rotor core 3 molded. For this the rotor core 3 inserted into a corresponding injection mold, which provides placeholders for the permanent magnets and magnetic flux conductors. The in 3 shown magnet holder 21 has holding arms arranged in the circumferential direction, which the holding sections 22 form. It can also be provided that the rotor core 3 is overmoulded over the entire circumference. The magnet holder is then essentially pot-shaped, with the holding sections starting from the inside of the jacket.

Nach dem Anspritzen des Magnethalters 21 an den Rotorkern werden die Permanentmagnete 7 in den Magnethalter 21 in Richtung auf den Boden 25 zugehend hineingeschoben. Die Schaftabschnitte 23 des Magnethalters 21 dienen dabei als Führung und der Boden 25 als Anschlag in axialer Richtung. Nachdem die Permanentmagnete 7 eingesetzt wurden, werden die Magnetflussleiter 21 in der gleichen Richtung eingeschoben, auch hier dienen die Schaftabschnitte 23 als Führung und der Boden 25 als Anschlag. Zum Schluss wird eine nicht dargestellte Hülse auf die Rotoranordnung in Richtung auf den Boden zugehend aufgeschoben, die die Stirnflächen der Elemente 7,14,3 auf der bodenabgewandten Seite überdeckt und somit die Lage der Permanentmagnete 7 und der Magnetflussleiter 14 in Axialrichtung mit Hilfe des Bodens 25, relativ zu dem Magnethalter 21 fixiert.After molding the magnet holder 21 the permanent magnets are on the rotor core 7 in the magnet holder 21 towards the floor 25 pushed in immediately. The shaft sections 23 of the magnet holder 21 serve as a guide and the floor 25 as a stop in the axial direction. After the permanent magnets 7 were used, the magnetic flux conductors 21 inserted in the same direction, the shaft sections also serve here 23 as a guide and the bottom 25 as a stop. Finally, a sleeve (not shown) is pushed onto the rotor arrangement in the direction of the floor, which covers the end faces of the elements 7, 14, 3 on the side facing away from the floor and thus the position of the permanent magnets 7 and the magnetic flux conductor 14 in the axial direction using the bottom 25 , relative to the magnet holder 21 fixed.

4 zeigt einen Elektromotor 27 in einer Querschnittsdarstellung mit erfindungsgemäßem Rotorkern 3. Der Elektromotor 27 umfasst den Stator 28. Innerhalb des Stators 28 ist die Rotoreinheit 1 mit Rotorkern 3 in an sich bekannter Weise drehbar gelagert. Die Anordnung ist umgeben von einem Motorgehäuse 29, dass Wälzlager 30 zur drehbaren Lagerung der Rotoreinheit 1 trägt. 4 shows an electric motor 27 in a cross-sectional view with the rotor core according to the invention 3 , The electric motor 27 includes the stator 28 , Inside the stator 28 is the rotor unit 1 with rotor core 3 rotatably supported in a conventional manner. The arrangement is surrounded by a motor housing 29 that rolling bearing 30 for rotatable mounting of the rotor unit 1 wearing.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

US 7687957 B2 [0005]
US 2015/0001978 [0005]

Claims

Rotor unit (1) for a brushless electric motor comprising - an annular rotor core (3) which surrounds a central axis (2), - a plurality of magnet arrangements which are arranged in a circumferential direction of the rotor unit (1) around the rotor core (3), and each have a convex outer circumferential surface (16), an inner contact surface (8), two axial end faces (12) and two side surfaces (10, 11) pointing in the radial direction, - a magnet holder (21) molded onto the rotor core (3) , which has a number of circumferentially evenly spaced holding sections (22) which are each arranged between two adjacent magnet arrangements, characterized in that - the holding sections (22) each have a shaft section (23) and a head section (24), the Shaft section (23) lies in the circumferential direction between the magnet arrangements and the head section (24) is formed at one end of the shaft section (23) where at the head section (24) the shaft section (23) projects in the radial direction, inwards towards the rotor core (3) and into a corresponding recess (26) of the rotor core (3), which is arranged in the area of the end face of the rotor core (3), engages and thus fastens the magnet holder (21) to the rotor core (3) in the radial direction.

Rotor unit after Claim 1 , characterized in that the head section (24) has a height in the direction of the central axis (2) which corresponds to at most 20% of the total height of the rotor unit (1).

Rotor unit after Claim 2 , characterized in that the head section (24) has a height in the direction of the central axis (2) which corresponds to at most 10% of the total height of the rotor unit (1).

Rotor unit according to one of the preceding claims, characterized in that the head section (24) is T-shaped in a cross section along a plane running transversely to the central axis (2) and with its undercuts in the radial direction into the corresponding recess (26) of the Rotor core (3) engages.

Rotor unit according to one of the preceding claims, characterized in that the shaft sections (23) are T-shaped in a cross section along a plane running transversely to the central axis (2), so that the shaft sections (23) indicate the position of the magnet arrangements in the radial direction fix the rotor core (3).

Rotor unit according to one of the preceding claims, characterized in that the shaft sections (23) each have a web which is inserted into a groove (6) running on the outside of the rotor core (3) in the direction of the central axis (2).

Rotor unit after Claim 6 , characterized in that the web is substantially rectangular in a cross section along a plane running transversely to the central axis (2).

Rotor unit according to one of the preceding claims, characterized in that the holding sections (22) are integrally formed on a bottom (25) of the magnet holder (21).

Rotor unit according to one of the preceding claims, characterized in that the holding sections (22) are formed by means of holding arms which are spaced apart from one another in the circumferential direction.

Rotor unit according to one of the preceding Claims 1 to 8th , characterized in that the magnet holder (21) surrounds the magnet arrangements in the circumferential direction without interruption and over the total height of the magnet holder (21).

Rotor unit after Claim 10 , characterized in that the magnet holder (21) is cup-shaped and has a jacket arranged on a bottom, the holding sections (22) being arranged on the inside of the jacket.

Rotor unit according to one of the preceding claims, characterized in that the magnet arrangements each have a permanent magnet (7), each having a flat outer contact surface (9), a flat inner contact surface (8), two axial end faces (12) and two side faces (10 , 11), and are formed by a magnetic flux conductor (14), which has a convex outer peripheral surface (16) and a flat inner contact surface (15), the flat inner contact surface (15) of the respective magnetic flux conductor (14) in contact stands with the flat outer contact surface (9) of the corresponding permanent magnet (7), and the magnetic flux conductor (14) is formed in one piece.

Rotor unit according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor core (3) has on the outside flat outer surfaces (5) which each have the same size and the same shape, and which are at a uniform angular distance along the outer circumferential surface of the rotor core (3 ) are distributed, the groove (6) being provided between each two outer surfaces (5), which radially into the edge from the outside is formed, which form the two adjacent outer surfaces (5) in this area.

Rotor unit according to one of the preceding claims, characterized in that the magnet holder is formed from polybutylene terephthalate with glass fiber or polyamide.

Brushless electric motor with a stator, a motor shaft rotatably mounted in a housing, and with a rotor unit (1) fastened to the motor shaft according to one of the preceding claims.

Method for producing a magnet holder (21) for an inner rotor rotor unit (1) of a brushless electric motor, the method comprising the following steps: Providing an injection mold, Placing a rotor core (3) in the injection mold, Insertion of placeholders for magnet arrangements of the rotor unit, Introduction of a plastic into the injection mold, • Remove the cast product and remove the placeholders.

Method for producing a magnet holder (21) for an inner rotor rotor unit (1) of a brushless electric motor, the method comprising the following steps: Providing an injection mold, Placing a rotor core (3) in the injection mold, Introduction of magnet arrangements of the rotor unit, Introduction of a plastic into the injection mold and encapsulation of the rotor core and the magnet arrangements, • Remove the cast product and remove the placeholders.

Procedure according to Claim 16 or 17 , characterized in that at one end of the rotor core (3) in the direction of a central axis (2) there are recesses (26) for injecting the plastic.

Procedure according to Claim 18 , characterized in that the recesses (26) are T-shaped in the radial direction and are open towards the top, in the axial direction.

Procedure according to Claim 18 or 19 , characterized in that the recesses (26) have a constant depth in the direction of a central axis (2).

Procedure according to one of the Claims 16 to 20 , characterized in that the injection mold has a negative impression for the formation of spaced holding arms in the circumferential direction around the rotor core (3), the holding arms being injection-molded onto the rotor core (3) and the magnet arrangements and positively connecting to the latter.

Procedure according to one of the Claims 16 to 20 , characterized in that the injection mold has a negative impression to form a cup-shaped magnet holder (21), with on the inside of the magnet holder (21) holding arms are formed in the circumferential direction around the rotor core (3), which on the rotor core (3) and the magnet arrangements be injected and connect to it with a positive fit.

Procedure according to one of the Claims 16 to 22 , characterized in that the plastic is polybutylene terephthalate with 30% glass fiber (PBT 30) or polyamide (PA).