DE102019212472A1

DE102019212472A1 - Elektrisch kommutierte Maschine

Info

Publication number: DE102019212472A1
Application number: DE102019212472.0A
Authority: DE
Inventors: David Budai; Bence Szekely
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2021-02-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrisch kommutierte Maschine (10), insbesondere als Bestandteil einer Getriebe-Antriebseinrichtung, mit einem Drahtwicklungen (45) aufweisenden Stator (40), der radial von einem um eine Drehachse (13) drehbar gelagerten, Magnetelemente (35) aufweisenden Rotor (12) umgeben ist, wobei der Rotor (12) eine Außenverzahnung (16) aufweist, die dazu ausgebildet ist, mit einer Gegenverzahnung (18) eines Abtriebselements (20) zusammenzuwirken.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine elektrisch kommutierte Maschine, wie sie beispielsweise als Bestandteil eines elektrischen Antriebs für ein E-Bike dient.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2014 115 924 A1 ist eine elektrisch kommutierte Maschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt. Die bekannte Maschine zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der die Permanentmagnete tragende, drehbar gelagerte Rotor gleichzeitig über eine an dem Rotor ausgebildete Außenverzahnung mit einem zahnradförmigen Gegenelement zusammenwirkt. Der Rotor bildet somit mit dem Gegenelement ein Getriebe aus, wobei über die unterschiedlichen Durchmesser des Rotors und des Gegenelements die Untersetzung angepasst werden kann. Bei dem bekannten Rotor ist die Verzahnung über einem Teilbereich seiner axialen Länge an einem sich axial an die Magnetelemente tragenden Abschnitt angeordnet. Bei dem Rotor handelt es sich darüber hinaus um ein aus Metall und Kunststoff bestehendes Spritzgussbauteil, dessen Fertigung somit relativ aufwendig ist.
Offenbarung der Erfindung
Die elektrisch kommutierte Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass sie mit Blick auf ihre axiale Baulänge besonders kompakt ausgebildet ist und darüber hinaus eine relativ einfache Herstellbarkeit des Rotors ermöglicht.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den Rotor aus einer Vielzahl von übereinander gestapelten und miteinander verbundenen Rotorblechen auszubilden, wobei am Außenumfang der Rotorbleche die Verzahnung ausgebildet ist. Dadurch weist der Rotor lediglich die axiale Baulänge auf, die zur Anordnung der Magnetelemente erforderlich ist.
Vor diesem Hintergrund schlägt es die Lehre der Erfindung daher vor, dass der Rotor durch eine Vielzahl von übereinander gestapelten und miteinander verbundenen Rotorblechen besteht, und dass die Außenverzahnung am Außenumfang der Rotorbleche ausgebildet ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen elektrisch kommutierten Maschine sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Eine vorteilhafte Anordnung der Magnetelemente, bei der entweder auf einen Klebstoff zur Fixierung der Magnetelemente im Bereich der Rotorbleche vollständig verzichtet oder aber zumindest die Menge des Klebstoffs reduziert werden kann, sieht vor, dass die Rotorbleche Aussparungen zur formschlüssigen Aufnahme der Magnetelemente aufweisen.
Insbesondere zur Verringerung des Geräusches und zur Minimierung des Verschleißes an dem mit der Außenverzahnung des Rotors zusammenwirkenden Gegenelement ist es von besonderem Vorteil, wenn die Verzahnung mit einer Beschichtung überdeckt ist. Als Material für die Beschichtung kommt insbesondere Polyamid in Frage, dass sich mittels konventioneller Beschichtungstechniken sehr einfach an dem Außenumfang des Rotors im Bereich der Verzahnung aufbringen lässt.
Hinsichtlich der Verbindung der einzelnen Rotorbleche untereinander gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Üblicherweise werden derartige Bleche entweder miteinander verschweißt oder aber über Stiftverbindungen oder Ähnliches miteinander verbunden. Für den vorgesehenen Einsatzzweck hat es sich jedoch als besonders vorteilhaft und aus Fertigungssicht relativ einfach durchführbar herausgestellt, wenn die Rotorbleche untereinander durch Klebeverbindungen verbunden sind.
Da die Verzahnung an dem Rotor an jedem einzelnen Rotorblech an dessen Außenumfang ausgebildet ist, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Verzahnung als Geradverzahnung ausgebildet ist. Dadurch ist es möglich, die einzelnen Rotorbleche bzgl. ihrer Verzahnung fluchtend zueinander anzuordnen, so dass zwischen den einzelnen Rotorblechen keinerlei Winkelversatz mit Kanten entsteht. Dies ist insbesondere mit Blick auf die Beschichtung als vorteilhaft anzusehen, da dann die Beschichtung gleichmäßig aufgebracht werden kann bzw. eine gleichmäßige Schichtdicke aufweist.
Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Verzahnung in Form einer Evolventenverzahnung ausgebildet ist.
Auch hinsichtlich der konstruktiven Ausgestaltung des Stators gibt es unterschiedliche konstruktive Möglichkeiten. In einer bevorzugten Ausgestaltung besteht der Stator aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen Statorblechen, wobei die Drahtwicklungen des Stators als Steckwicklungen ausgebildet sind, die in nutförmigen Drahtaufnahmen der Statorbleche angeordnet sind.
Weiterhin kann auch die Lagerung des Rotors und des Stators auf unterschiedliche Art und Weise ausgeführt werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass der Rotor an einer Stirnseite mit einem vorzugsweise glockenartigen Rotorträger verbunden ist, dass der Rotorträger eine Lagereinrichtung zur drehbaren Lagerung auf einer (ortsfesten) Achse aufweist, wobei die Achse konzentrisch zum Rotor und zum Stator angeordnet ist, und dass das Stator auf der Achse vorzugsweise drehfest angeordnet ist.
Die soweit beschriebene elektrisch kommutierte Maschine ist vorzugsweise Bestandteil eines Antriebs eines E-Bikes.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugt Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
Figurenliste

1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den Teilbereich einer elektrisch kommutierten Maschine, bei der deren Rotor mit einem Abtriebszahnrad kämmt,
2 einen Längsschnitt durch die elektrische Maschine gemäß 1 im Bereich des Rotors und
3 den Rotor und den Stator der elektrischen Maschine gemäß der 1 in einer perspektivischen Darstellung.

Ausführungsformen der Erfindung
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
In der 1 ist eine elektrisch kommutierte Maschine 10, insbesondere als Bestandteil eines Antriebs eines E-Bikes oder dergleichen, dargestellt. Die Maschine 10 umfasst einen Rotor 12, der um eine Drehachse 13 einer Achse 14 drehbar gelagert ist. Der Rotor 12 ist in Art eines Zahnrads ausgebildet, dessen Außenverzahnung 16 mit einer Gegenverzahnung 18 eines Abtriebszahnrads 20 kämmt. Das Abtriebszahnrad 20 ist zum Beispiel drehfest mit einer Abtriebswelle 22 gekoppelt, das z.B. zum zumindest mittelbaren Antreiben eines Elements, insbesondere eines Rades eines E-Bikes, dient. Der Rotor 12 und das Abtriebszahnrad 20 bilden eine Getriebe-Antriebseinrichtung, deren Übersetzung über die unterschiedlichen Durchmesser des Rotors 12 und des Abtriebszahnrads 20 definiert ist.
Entsprechend einer Zusammenschau der 1 bis 3 ist der Rotor 12 mit einem glockenförmigen Rotorträger 24 verbunden, wozu der Rotorträger 24 beispielsweise auf einem Teilkreisdurchmesser um die Achse 14 in gleichmäßigen Winkelabständen angeordnete Bohrungen 26 aufweist, die mit Bohrungen 28 im Rotor 12 fluchten. Die drehfeste Verbindung zwischen dem Rotorträger 24 und dem Rotor 12 erfolgt dann durch Stiftverbindungen oder durch Schraubverbindungen, die die Bohrungen 26, 28 durchsetzen (nicht dargestellt).
Entsprechend der 2 ist an einem stirnseitigen Endbereich des Rotorträgers 24 an dessen Innenseite eine Lagereinrichtung 30 angeordnet, z.B. durch Einpressen der Lagereinrichtung in den Rotorträger 24. Die Achse 14 ist wiederum mit ihrem Außenumfang drehfest mit der Lagereinrichtung 30 verbunden, so dass der Rotorträger 24 um die Achse 14 drehbar angeordnet ist.
Der Rotor 12 besteht aus einer Vielzahl von übereinander angeordneten und miteinander verbundenen Rotorblechen 32. Die Rotorbleche 32 sind als Stanzteile ausgebildet und weisen entsprechend der Darstellung der 3 im Bereich eines Innenumfangs beispielhaft im Querschnitt rechteckförmige bzw. nutartige Aussparungen 33 auf, in denen Permanentmagnetelemente 35 angeordnet sind. Die Permanentmagnetelemente 35 sind in gleichmäßigen Winkelabständen um die Achse 14 positioniert. Die Aussparungen 33 bilden formschlüssige Aufnahmen für die Permanentmagnetelemente 35 aus.
Die Verbindung der einzelnen Rotorbleche 32 untereinander erfolgt vorzugsweise durch nicht dargestellte Klebeverbindungen.
Die Geometrie der Außenverzahnung 16 des Rotors 12 bzw. der Rotorbleche 32 ist in Form einer Geradverzahnung 36, vorzugsweise in Form einer Evolventenverzahnung 37, ausgebildet. Die Außenverzahnung 16 ist darüber hinaus mit einer Beschichtung 38 versehen, die vorzugsweise aus Polyamid besteht. Die Beschichtung 38 wird in einem Zustand auf die Außenverzahnung 16 aufgebracht, bei der die Rotorbleche 32 bereits miteinander verbunden sind. Die Schichtdicke d der Beschichtung 38 beträgt typischerweise zwischen 0,1mm und 0,2 mm (bitte prüfen und falls erforderlich korrigieren!), wobei die Geometrie der Rotorbleche 32 bzw. der Evolventenverzahnung 37 entsprechend der Dicke d der Beschichtung 38 angepasst ist.
Das mit der Außenverzahnung 16 des Rotors 12 zusammenwirkende Abtriebszahnrad 20 besteht ebenfalls vorzugsweise aus Kunststoff, beispielsweise aus Polyamid. Dadurch wird eine Kunststoff/Kunststoffpaarung zwischen dem Rotor 12 und dem Abtriebszahnrad 20 erzielt, so dass ein besonders ruhiger Lauf ermöglicht wird.
Die Aussparungen 33 für die Permanentmagnetelemente 35 sind zum Innenumfang des Rotors 12 bzw. der Rotorbleche 32 hin offen ausgebildet. Selbstverständlich ist es auch denkbar, einen geschlossenen Querschnitt der Aussparungen 33 vorzusehen.
Der soweit beschriebene Rotor 12 wirkt mit einem ortsfest auf der Achse 14 angeordneten Stator 40 zusammen. Der Stator 40 besteht vorzugsweise ebenfalls aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen Statorblechen 42, und weist nutförmige Drahtaufnahmen 44 auf, die dazu ausgebildet sind, Drahtwicklungen 45 aufzunehmen. Hierbei sind die Drahtwicklungen 45 als sogenannte Steckwicklungen ausgebildet, wie dies beispielhaft, und nicht einschränkend, in der DE 10 2017 208 012 A1 der Anmelderin offenbart ist. Die Ausbildung derartiger Steckwicklungen bei einem Stator 40 einer elektrisch kommutierten bzw. bürstenlosen Maschine 10 ist an sich bekannt und im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch nicht erfindungswesentlich.
Zwischen dem Stator 40 und dem Rotor 12, insbesondere den Rotorblechen 32 sowie den Permanentmagnetelementen 35 ist darüber hinaus in üblicher Art und Weise ein Luftspalt 46 ausgebildet. Die Statorbleche 42 weisen zumindest teilweise eine Bohrung 48 auf, deren Durchmesser derart auf den Außendurchmesser der Achse 14 angepasst ist, dass der Stator 40 bspw. durch Aufpressen auf den Außenumfang der Achse 14 oder aber durch Klebeverbindungen oder aber durch Schweißverbindungen mit der Achse 14 drehfest verbunden ist.
Die soweit beschriebene elektrisch kommutierte Maschine 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014115924 A1 [0002]
DE 102017208012 A1 [0025]

Claims

Elektrisch kommutierte Maschine (10), insbesondere als Bestandteil einer Getriebe-Antriebseinrichtung, mit einem Drahtwicklungen (45) aufweisenden Stator (40), der radial von einem um eine Drehachse (13) drehbar gelagerten, Magnetelemente (35) aufweisenden Rotor (12) umgeben ist, wobei der Rotor (12) eine Außenverzahnung (16) aufweist, die dazu ausgebildet ist, mit einer Gegenverzahnung (18) eines Abtriebselements (20) zusammenzuwirken, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) durch eine Vielzahl von übereinander gestapelten und miteinander verbundenen Rotorblechen (32) besteht, und dass die Außenverzahnung (16) am Außenumfang der Rotorbleche (32) ausgebildet ist.
Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorbleche (32) Aussparungen (33) zur formschlüssigen Aufnahme der Magnetelemente (35) aufweisen - wobei vorzugsweise die Aussparungen (33) radial nach innen offen ausgebildet sind.
Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (16) mit einer Beschichtung (38) überdeckt ist.
Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (38) aus Kunststoff, insbesondere Polyamid aufweisend, besteht.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorbleche (32) durch Klebeverbindungen miteinander verbunden sind.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (16) als Geradverzahnung (36) ausgebildet ist.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (36) als Evolventenverzahnung (37) ausgebildet ist.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (40) aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen Statorblechen (42) besteht, und dass die Drahtwicklungen (45) als Steckwicklungen ausgebildet sind, die in nutförmigen Drahtaufnahmen (44) der Statorbleche (42) angeordnet sind.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) an einer Stirnseite mit einem vorzugsweise glockenartigen Rotorträger (24) verbunden ist, dass der Rotorträger (24) eine Lagereinrichtung (30) zur drehbaren Lagerung auf einer Achse (14) aufweist, die konzentrisch zum Rotor (12) und zum Stator (40) angeordnet ist, und dass der Stator (40) auf der Achse (14) drehfest angeordnet ist.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, das die Maschine Bestandteil eines Antriebs eines Transportgefährts oder eines Fahrzeugs - insbesondere eines E-Bikes - ist.