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GEBIET DER ERFINDUNG
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Vorliegende Erfindung betrifft einen Läufer, insbesondere einen Läufer mit Permanentmagneten, und einen den Läufer verwendenden Elektromotor.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein bestehender Läufer eines Elektromotors hat einen Läuferkern und eine Mehrzahl von Permanentmagneten, die mittels Klebstoff an einer äußeren Peripherie des Läufers befestigt werden. Anschließend kann an dem Läuferkern ein nichtmagnetisches Gehäuse montiert werden, das die Permanentmagnete umschließt. Der Läuferkern und die Permanentmagnete werden normalerweise mit dem nichtmagnetischen Gehäuse montiert, um zu verhindern, dass die Permanentmagnete herabfallen oder brechen, wenn der Elektromotor beispielsweise an einer elektrischen Servolenkvorrichtung angebracht wird.
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Die Verwendung des Klebstoffes zum Befestigen der Permanentmagnete an dem Läuferkern führt jedoch zu folgenden Problemen. Zum einen könnte es sein, dass der Klebstoffauftrag auf der Kontaktfläche zwischen dem Läuferkern und den Permanentmagneten ungleichmäßig ist, so dass sich die Haftfähigkeit zwischen dem Läuferkern und den Permanentmagneten und dementsprechend die jeweilige radiale Position der Permanentmagnete nur schwer sicherstellen lassen. Zum anderen erfordert der Klebstoff eine Aushärtung bei hoher Temperatur. Dies wiederum ist zeitaufwändig und führt zu einer geringen Produktionseffizienz.
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ÜBERSICHT
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Aus diesem Grund wird ein Läufer gewünscht, bei dem die mehrzähligen Permanentmagnete ohne Verwendung von Klebstoff befestigt werden können. Ebenso wird ein Elektromotor gewünscht, der den Läufer verwendet.
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Gemäß einem Aspekt wird ein Läufer bereitgestellt, der eine Welle hat, ein Gehäuse, einen an der Welle befestigten und in dem Gehäuse aufgenommenen Läuferkern und eine Mehrzahl von Permanentmagneten, die zwischen einer äußeren Umfangsfläche des Läuferkerns und einer Innenfläche des Gehäuses angeordnet sind. Das Gehäuse hat ein Metallgerippe und einen Halterahmen, der einstückig mit dem Metallgerippe ausgebildet und an dieses angeformt ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Elektromotor angegeben, der einen Ständer und den vorstehend beschriebenen Läufer aufweist.
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In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die Permanentmagnete und der Läuferkern direkt durch das Gehäuse des Läufers fixiert, so dass sich die mit der Verwendung von Klebstoff verbundenen Nachteile vermeiden lassen und dadurch sowohl die Produktionseffizienz als auch die Zuverlässigkeit des Läufers verbessert werden kann.
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Figurenliste
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels beschrieben, wobei auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Dabei sind identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer der Figuren erscheinen, in allen diesen Figuren jeweils identisch gekennzeichnet. Dimensionen von Komponenten und Merkmalen, die in den Figuren gezeigt sind, sind im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Die Figuren sind nachstehend aufgelistet.
- 1 zeigt schematisch einen Läufer für einen Elektromotor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 zeigt den Läufer von 1 in einer Schnittansicht;
- 3 ist eine schematische Darstellung eines Gehäuses des Läufers von 1;
- 4 ist eine schematische Darstellung eines Metallgerippes des Gehäuses von 3;
- 5 ist eine zum Teil vergrößerte Ansicht von 2 in dem Bereich A;
- 6 ist eine zum Teil auseinandergezogene Darstellung des Läufers gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 7 zeigt schematisch einen Elektromotor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Der Gegenstand vorliegender Erfindung wird nunmehr in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen und den bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Dabei sind die beschriebenen Ausführungsformen nur einige der möglichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Weitere Ausführungsformen, zu denen der Fachmann auf der Basis der vorliegenden Ausführungsformen ohne erfinderisches Zutun gelangt, fallen sämtlich in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung. Es versteht sich, dass die Zeichnungen lediglich der Darstellung dienen und die Erfindung dadurch nicht eingeschränkt werden soll. Die Dimensionen in den Zeichnungen sind im Hinblick auf Übersichtlichkeit gewählt und stellen keine Einschränkung der Erfindung dar.
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Sofern angegeben ist, dass ein Element mit einem anderen Element „verbunden“ ist, kann diese Verbindung direkt oder über ein zwischengeschaltetes Element vorgesehen sein. Alle technischen und wissenschaftlichen Begriffe, die in der vorliegenden Beschreibung verwendet werden, haben ihre dem Fachmann bekannte übliche Bedeutung, wenn nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Die vorliegend verwendete Terminologie dient lediglich zur Beschreibung von bestimmten Ausführungsformen und stellt keine Einschränkung der Erfindung dar.
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Es wird auf 1 bis 2 Bezug genommen. Ein Läufer eines Elektromotors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden hat eine Welle 10, einen Läuferkern 11, eine Mehrzahl von Permanentmagneten 12 und ein Gehäuse 20. Der Läuferkern 11 ist an der Welle 10 befestigt. Das Gehäuse 20 ist im Wesentlichen zylindrisch. Die Permanentmagnete 12 und der Läuferkern 11 sind in dem Gehäuse 20 montiert. Die Permanentmagnete 12 sind zwischen einer äußeren Umfangsfläche des Läuferkerns 11 und einer inneren Umfangsfläche des Gehäuses 20 angeordnet. Das Gehäuse 20 ist zum Schutz der Permanentmagnete 12 ausgebildet und verhindert, dass die Permanentmagnete 12 herabfallen und brechen und weiter in den Spalt zwischen dem Läufer und einem Ständer des Elektromotors fallen.
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Der Läuferkern 11 und die Permanentmagnete 12 können gleichzeitig oder der Reihe nach in dem Gehäuse 20 montiert werden. Vorzugsweise wird der Läuferkern 11 zuerst in dem Gehäuse 20 montiert, und dann werden die Permanentmagnete 12 zwischen die äußere Umfangsfläche des Läuferkerns 11 und die innere Umfangsfläche des Gehäuses 20 eingepresst.
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Der Läuferkern 11 ist aus einer Mehrzahl von axial geschichteten Lamellen gebildet. In der Ausführungsform hat der Querschnitt des Läuferkerns 11 die Form eines regelmäßigen Vielecks, mit einer Wellenöffnung 111 in der Mitte des Läuferkerns 11, so dass die Welle 10 hindurchtreten kann. Eine Mehrzahl von Schlitzen 112 ist jeweils an den Ecken des regelmäßigen Vielecks gebildet.
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Die Permanentmagnete 12 können aus einem Neodym-Eisen-Bor- oder einem Ferritmagnet bestehen. Die Permanentmagnete 12 sind als Magnetpole des Läuferkerns 11 ausgebildet. Jeder Permanentmagnet 12 hat eine Innenfläche 121, eine Außenfläche 122 und zwei Seitenflächen 123, die zwischen die Innenfläche 121 und die Außenfläche 122 geschaltet sind. In der Ausführungsform ist die Innenfläche 121 eine ebene Fläche, die sich mit der Außenfläche des Läuferkerns 11 in Kontakt befindet. Die Außenfläche 122 ist eine konvex gekrümmte Fläche. Die Permanentmagnete 12 sind in einer Umfangsrichtung des Läufers in gleichen Abständen angeordnet.
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In der Ausführungsform hat der Querschnitt des Läuferkerns 11 die Form eines regelmäßigen Achtecks. Die Anzahl der Permanentmagnete beträgt acht. In alternativen Ausführungsformen können die Anzahl der Seiten des Läuferkerns 11 und die Anzahl der Permanentmagnete 12 den Erfordernissen entsprechend angepasst werden und können zum Beispiel 4, 6, 10, 12 usw. betragen.
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Es wird auf 3 und 4 Bezug genommen. Das Gehäuse 20 hat ein Metallgerippe 21, das im Wesentlichen zylindrisch ist, und einen Halterahmen 22. Der Halterahmen 22 ist an das Metallgerippe 21 angeformt, so dass es mit dem Metallgerippe 21 einstückig ist. Der Halterahmen 22 besteht bevorzugt aus Harz, um die Festigkeit des Metallgerippes 21 zu erhöhen. Das Metallgerippe 21 besteht aus einem nichtmagnetischen Metall, vorzugsweise aus nichtmagnetischem Stahl wie Weichstahl. Das Metallgerippe 21 hat eine Dicke in dem Bereich von 0,2 mm bis 1 mm, bevorzugt in dem Bereich von 0,2 mm bis 0,4 mm. Das Metallgerippe 21 kann direkt gestanzt sein oder kann durch Walzen eines Stanzbogens zu einem Hohlzylinder geformt sein. In alternativen Ausführungsformen ist der Querschnitt des Metallgerippes 21 nicht auf einen Kreis beschränkt, sondern kann auch andere Formen aufweisen, zum Beispiel eine Mehrzahl von Bögen mit unterschiedlichen Mitten, solange die Permanentmagnete 12 fixiert werden können.
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Der Halterahmen 22 hat eine Mehrzahl von axialen Haltebereichen 24, die sich entlang einer axialen Richtung des Läufers erstrecken und in der Umfangsrichtung in gleichen Abständen angeordnet sind. Die axialen Haltebereiche 24 sind spritzgegossen, und vorzugsweise ist ein Teilbereich des Metallgerippes 21 mit den axialen Haltebereichen überformt. Der axiale Haltebereich 24 kann einen bogenförmigen Querschnitt aufweisen. Jeder Permanentmagnet 12 ist zwischen zwei benachbarten Haltebereichen 24 fixiert. Das Metallgerippe 21 kann mit einer Mehrzahl von Öffnungen 25 ausgebildet sein. Die axialen Haltebereiche 24 sind teilweise in die Öffnungen 25 eingebettet, um die Haftfestigkeit mit dem Metallgerippe 21 zu verbessern.
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Der Halterahmen 22 hat ferner einen ringförmigen Stützbereich 27, der mit einem axialen Ende der axialen Haltebereiche 24 verbunden ist. Der ringförmige Stützbereich 27 ist an einem axialen Ende des Läuferkerns 11 und der Permanentmagnete 12 angeordnet, um den Läuferkern 11 und die Permanentmagnete 12 zu stützen. Der ringförmige Stützbereich 27 ist mit einer Mehrzahl von Positionierungsvorsprüngen 28 versehen, die sich entlang der axialen Richtung erstrecken. Der Läuferkern 11 ist mit einer Mehrzahl von Positionierungsöffnungen 113 ausgebildet. Jede Positionierungsöffnung 113 bildet eine Presspassung mit dem entsprechenden Positionierungsvorsprung 28, um eine Fixierung zwischen dem Gehäuse 20 und dem Läuferkern 11 sicherzustellen.
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Vorzugsweise hat der Elektromotor ferner eine ringförmige Endplatte (nicht gezeigt), die aus Spritzgussmaterial hergestellt ist, dem ringförmigen Stützbereich 27 entspricht und an einer weiteren axialen Seite des Läuferkerns 11 montiert ist. Ähnlich kann die ringförmige Endplatte auch mit einer Mehrzahl von sich axial erstreckenden Positionsvorsprüngen (nicht gezeigt) versehen sein, die eine Presspassung mit den Positionierungsöffnungen 113 des Läuferkerns 11 bilden, um eine Begrenzung der Permanentmagnete 12 in der axialen Richtung sicherzustellen.
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Es wird auf die 2, 3 und 5 Bezug genommen. Wenn der Läuferkern 11 und die Permanentmagnete 12 in dem Gehäuse 20 montiert sind, sind die Permanentmagnete 12 zwischen dem Läuferkern 11 und dem Gehäuse 20 fixiert. Der Halterahmen 22 des Gehäuses 22, der in den 2 und 5 gezeigt ist, ist zur Verdeutlichung mit einem Punktmuster ausgefüllt. Die axialen Haltebereiche 24 des Halterahmens 22 liegen an den Seitenflächen 123 der Permanentmagnete 12 an, um eine Umfangsbewegung der Permanentmagnete 12 zu begrenzen. Eine Innenfläche des Metallgerippes 21 liegt an den Außenflächen 122 der Permanentmagnete 12 an, um eine radiale Bewegung der Permanentmagnete 12 zu begrenzen.
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Der Halterahmen 22 kann ferner zwei Begrenzungsbereiche 241 aufweisen, die sich jeweils von zwei Seiten des axialen Haltebereichs 24 in einander entgegengesetzte Umfangsrichtungen erstrecken. Der Begrenzungsbereich 24 liegt an einem Teil der Außenfläche 122 des Permanentmagnets 12 an, um den Permanentmagnet 12 weiter zu fixieren.
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Wie in 2 gezeigt ist, hat die Innenfläche des Metallgerippes 21 eine kleinere Krümmung als die Außenfläche 122 des Permanentmagnets 12, so dass sich die Innenfläche des Metallgerippes 21 nur mit einem Bereich der Außenfläche 122 des Permanentmagnets 12 in Kontakt befindet. Folglich werden die Permanentmagneten 12 wesentlich leichter in das Gehäuse 20 eingepresst. Insbesondere liegt nur der mittlere Bereich 124 der Außenfläche 122 des Permanentmagnets 12 an der Innenfläche des Metallgerippes 21 an. Zwischen der Außenfläche 122 des Permanentmagnets 12 und der Innenfläche des Metallgerippes 21 in der radialen Richtung und zwischen dem axialen Haltebereich 24 und dem mittleren Bereich 124 der Außenfläche des Permanentmagnets 12 in der Umfangsrichtung ist ein Spalt 125 gebildet.
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Vorzugsweise hat das Metallgerippe 21 eine Mehrzahl von Vorsprüngen 23, die in der Umfangsrichtung in gleichen Abständen angeordnet sind. Die Vorsprünge 23 springen radial nach innen vor und erstrecken sich entlang der axialen Richtung. Die axialen Haltebereiche 24 des Halterahmens 22 sind an die entsprechenden Vorsprünge 23 angespritzt. Die vorgenannten Öffnungen 25 sind an den Vorsprüngen 23 gebildet. In der Ausführungsform hat jeder Vorsprung 23 drei Öffnungen 25, die in der axialen Richtung angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Vorsprünge 23 mit dem axialen Haltebereich 24 überformt, der eine radial innere Fläche 231 und eine radial äußere Fläche 232 des Vorsprungs 23 umschließt. Der Vorsprung 23 kann einen bogenförmigen Querschnitt aufweisen.
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Vorzugsweise hat das Metallgerippe 21 ferner eine Mehrzahl von Endbereichen 26, die in der Umfangsrichtung in Abständen angeordnet sind. Jeder Endbereich 26 erstreckt sich von einem axialen Ende des Metallgerippes 21 radial nach innen und ist zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen 23 angeordnet. In der Ausführungsform hat der Endbereich 26 die Form einer Platte und kann während eines Stanzvorgangs einstückig mit dem Metallgerippe 21 hergestellt werden. Die Endbereiche 26 sind mit dem ringförmigen Stützbereich 27 des Halterahmens 22 überformt.
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Vorzugsweise ist eine axiale Länge der Permanentmagnete 12 kürzer als eine axiale Länge des Läuferkerns 11. Der ringförmige Stützbereich 27 hat in der axialen Richtung über die Fläche des ringförmigen Stützbereichs 27 hinaus eine Mehrzahl von Stützstiften 29. Die Stützstifte 29 bestehen aus dem gleichen Material wie der Halterahmen 22 und sind zum Stützen der Permanentmagnete 12 zusammen mit dem Halterahmen 22 spritzgegossen.
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In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die Permanentmagnete 12 und der Läuferkern 11 durch das Gehäuse 20 des Läufers direkt fixiert, so dass die Nachteile einer Verwendung von Klebstoff vermieden und solchermaßen die Produktionseffizienz und die Zuverlässigkeit des Rotors verbessert werden können.
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6 ist eine teilweise auseinandergezogene Darstellung des Läufers gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der wesentliche Unterschied zwischen diesem Läufer und dem Läufer, der in 1 gezeigt ist, liegt darin, dass der Läufer in 6 zwei der vorgenannten Gehäuse 20 aufweist, die von zwei Enden des Läufers jeweils an dem Läuferkern 11 und an den Permanentmagneten 12 montiert sind. Vorzugsweise hat der Läuferkern 11 zwei Teile, die entlang der axialen Richtung angeordnet und in der Umfangsrichtung des Läufers zueinander versetzt sind. Entsprechend hat der Läufer zwei Gruppen von Permanentmagneten 12. Die beiden zusammengesetzten Gehäuse 20 und die beiden Gruppen der Permanentmagnete 12 sind in der Umfangsrichtung ebenfalls versetzt.
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In alternativen Ausführungsformen kann der Rotorkern 11 in der axialen Richtung nur einen Teil oder mehrere Teile aufweisen. Wenn der Rotorkern in der axialen Richtung eine Mehrzahl von Teilen hat, sind immer zwei benachbarte Teile in der Umfangsrichtung jeweils zueinander versetzt. Entsprechend hat der Läufer eine Mehrzahl von Gehäusen 20 und eine Mehrzahl von Gruppen von Permanentmagneten 12, die in den entsprechenden Gehäusen 20 aufgenommen sind. Die Gehäuse 20 können an beiden axialen Seiten den ringförmigen Stützbereich 27 aufweisen, wobei das Gehäuse dazwischen (nicht gezeigt) den ringförmigen Stützbereich 27 nicht aufweist. Die benachbarten Gehäuse 20 und die benachbarten Gruppen von Permanentmagneten 12 sind ebenfalls in der Umfangsrichtung versetzt.
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Es wird auf 7 Bezug genommen. Durch vorliegende Erfindung wird ferner ein Elektromotor bereitgestellt, umfassend ein Motorgehäuse 21, einen Ständer 32 und einen Läufer 33 wie in einer der vorangehenden Ausführungsformen beschrieben. Der Elektromotor eignet sich insbesondere für Systeme mit hohem Sicherheitsniveau wie beispielsweise elektrische Servolenksysteme, elektronische Bremssysteme usw. Der Ständer 32 ist in dem Motorgehäuse 31 befestigt. Der Läufer 33 ist in dem Ständer 31 drehbar angeordnet. Der Ständer 32 hat einen Ständerkern 321 und eine Mehrzahl von Wicklungen 322, die um den Ständerkern 321 herumgeführt sind. Die Wicklungen 322 erzeugen bei Bestromung ein Magnetfeld, woraufhin die Permanentmagnete 12 mit einem Magnetfeld interagieren, das durch die Wicklungen 322 erzeugt wird, so dass sich der Läufer 33 dreht.
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Vorstehend wurden lediglich bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, die keine Einschränkung der Erfindung darstellen. Änderungen, Äquivalente, Modifikationen und dergleichen innerhalb des Wesens und des Grundgedankens der Erfindung fallen sämtlich in deren Schutzbereich.
