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Die Erfindung betrifft eine Rotoranordnung für einen Elektromotor sowie eine Motoranordnung mit einer solchen Rotoranordnung.
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Elektromotoren weisen typischerweise einen Rotor auf, welcher sich um eine Achse und/oder innerhalb eines Stators dreht. In zahlreichen Anwendungen ist es erforderlich, eine genaue Rotorposition oder zumindest eine ungefähre Rotorposition zu erfassen. Die Rotorposition kann beispielsweise als Drehwinkel bezeichnet werden. Hierzu können Rotorpositionssensoren verwendet werden, welche beispielsweise ein Flügelrad aufweisen, welches auf dem Rotor befestigt ist. Die Position des Flügelrads kann mittels eines Detektors sensiert werden. Ein solches Flügelrad ist bei bekannten Ausführungen typischerweise mittels Kraftschluss montiert. Dies erfordert eine besonders genaue Einhaltung von Toleranzen für eine Presspassung. Ein entsprechend neu hergestellter Motor wird typischerweise einer Alignment-Prozedur unterzogen, um die Ausrichtung des Flügelrads relativ zum Rest des Rotors zu berücksichtigen. Bei Systemen, bei welchen grundsätzlich ein Motortausch möglich ist, kann es erforderlich sein, eine solche Alignment-Prozedur bei jeder Inbetriebnahme des Motors durchzuführen, da eine Steuerung eventuell einen Motortausch nicht bemerkt.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine im Vergleich zum Stand der Technik alternative oder bessere Rotoranordnung für einen Elektromotor sowie eine Motoranordnung mit einer solchen Rotoranordnung bereitzustellen. Dies wird erfindungsgemäß durch eine Rotoranordnung sowie eine Motoranordnung gemäß den jeweiligen Hauptansprüchen erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Die Erfindung betrifft eine Rotoranordnung für einen Elektromotor, wobei die Rotoranordnung einen Rotor und ein Flügelrad aufweist. Erfindungsgemäß sind Rotor und Flügelrad unmittelbar formschlüssig miteinander verbunden.
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Durch einen solchen Formschluss kann eine definierte Positionsbeziehung, insbesondere Winkelpositionsbeziehung, zwischen Rotor und Flügelrad erreicht werden. Die Problematiken, welche mit einer reinen Presspassung verbunden sind, ergeben sich dadurch nicht. Insbesondere kann durch die formschlüssige Verbindung eine feste und definierte Winkelbeziehung zwischen Rotor und Flügelrad erreicht werden. Somit kann auf Alignment-Prozeduren verzichtet werden.
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Unter einem Rotor kann insbesondere ein sich drehender Teil eines Elektromotors verstanden werden. Dieser kann beispielsweise Magnete, insbesondere Permanentmagnete und/oder Elektromagnete, aufweisen. Ein Flügelrad kann insbesondere eine ausgeschnittene oder anderweitig geformte Scheibe sein, welche eine Struktur hat, die von einem Detektor sensiert werden kann. Beispielsweise kann das Flügelrad wie weiter unten näher beschrieben ausgebildet sein.
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Das Flügelrad kann gemäß einer Ausführung mindestens einen Vorsprung aufweisen, und der Rotor kann gemäß einer Ausführung mindestens eine dazu komplementäre Ausnehmung aufweisen. Der Vorsprung greift vorteilhaft in die Ausnehmung ein. Dadurch kann eine besonders einfache definierte Winkelpositionsbeziehung zwischen Rotor und Flügelrad erreicht werden. Insbesondere kann ein nur geringes oder kein Spiel zwischen Flügelrad und Rotor bzw. zwischen Vorsprung und Ausnehmung vorgesehen sein. Dementsprechend können auch mehr Vorsprünge und/oder mehr Ausnehmungen verwendet werden.
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Das Flügelrad und der Rotor können insbesondere durch Stanzpaketieren miteinander verbunden werden. Dies entspricht einem zuverlässigen Fertigungsverfahren.
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Das Flügelrad kann insbesondere als flache Scheibe ausgebildet sein. Dies entspricht einer einfachen Ausführung.
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Das Flügelrad kann insbesondere mehrere radial nach außen abstehende Flügelabschnitte aufweisen. Zwischen diesen Flügelabschnitten können insbesondere Zwischenräume vorhanden sein, d.h. zwischen den Flügelabschnitten ist kein Material vorhanden oder es ist Material vorhanden, welches weder elektrisch noch magnetisch leitfähig ist, beispielsweise Kunststoff. Dies kann insbesondere bei Betrachtung entlang eines Umfangs der Fall sein. Die Flügelabschnitte können insbesondere von einem Detektor von Zwischenräumen zwischen den Flügelabschnitten unterschieden werden.
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In dem Rotor können insbesondere mehrere Ausnehmungen ausgebildet sein, wobei Zwischenräume zwischen den Flügelabschnitten mit jeweils einer Ausnehmung ganz oder teilweise fluchten. Diese können als erste Ausnehmungen bezeichnet werden. Durch diese Ausnehmungen wird verhindert, dass der Rotor die Messung beeinflusst. Insbesondere kann sichergestellt werden, dass Ausnehmungen zwischen den Flügelabschnitten besser von Flügelabschnitten unterschieden werden, da kein Material des Rotors eine entsprechende Messung stört.
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Insbesondere können in dem Rotor mehrere Ausnehmungen ausgebildet sein, wobei die Flügelabschnitte jeweils eine Ausnehmung ganz oder teilweise über-decken können. Diese Ausnehmungen können als zweite Ausnehmungen bezeichnet werden und insbesondere zusätzlich zu den bereits weiter oben beschriebenen Ausnehmungen vorhanden sein. Sie können insbesondere der Erhöhung der Stabilität und/oder der Verringerung des Gewichts dienen.
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Die Rotoranordnung kann insbesondere mehrere Permanentmagnete aufweisen, welche radial außenseitig auf dem Rotor aufgebracht sind. Dadurch kann der Rotor durch eine geeignete Bestromung von weiter außen liegenden Elektromagneten in Drehung versetzt werden. Die Permanentmagnete können insbesondere entlang eines Umfangs des Rotors gesehen alternierend polarisiert sein.
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Die Flügelabschnitte können insbesondere radial einwärts zu jeweils einem Permanentmagneten identischer Polarität angeordnet sein. Beispielsweise können also jeweils Flügelabschnitte radial einwärts zu als Nordpol polarisierten Permanentmagneten ausgebildet sein, und gleichzeitig können Zwischenräume zwischen den Flügelabschnitten radial einwärts zu als Südpol polarisierten Permanentmagneten angeordnet sein. Auch die umgekehrte Anordnung ist jedoch möglich. Dadurch kann eine feste und damit auch leicht zu verarbeitende Be-ziehung zwischen Flügelrad und Magnetisierung verwendet werden.
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Der Rotor kann insbesondere als Blechpaket oder Elektroblechpaket ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine zuverlässige Funktion und eine einfache Fertigung.
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Das Flügelrad kann insbesondere elektrisch leitfähig sein. Insbesondere kann es einen spezifischen Widerstand von höchstens 3 Ω × mm2/m aufweisen. Dadurch können sich im Flügelrad und insbesondere in den bereits weiter oben erwähnten Flügelabschnitten Wirbelströme bilden, welche sich einfach detektieren lassen, beispielsweise durch eine Verstimmung eines unmittelbar daneben angeordneten Schwingkreises.
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Das Flügelrad ist vorzugsweise nichtmagnetisch sein. Beispielsweise kann es eine relative Permeabilität von höchstens 10 aufweisen. Dadurch wird das induktive Sensorprinzip nicht beeinflusst.
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Die Rotoranordnung kann insbesondere eine Welle aufweisen, auf welcher der Rotor und das Flügelrad aufgebracht sind. Sie können insbesondere direkt aufeinander oder mit axialem Abstand aufgebracht sein. Der Formschluss wird dabei wie weiter oben bereits erwähnt ausgebildet.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Motoranordnung mit einer Rotoranordnung wie hierin beschrieben und einer Detektionseinrichtung, welche dazu konfiguriert ist, eine Winkellage des Flügelrads zu detektieren. Dadurch kann die erfindungsgemäße Rotoranordnung in einfacher Weise verwendet werden. Die Detektionseinrichtung kann beispielsweise einen Schwingkreis beinhalten, wobei Komponenten des Schwingkreises so angeordnet sind, dass die Schwingkreisfrequenz davon abhängt, ob sich ein Flügelabschnitt daneben befindet oder ein Zwischenraum zwischen zwei Flügelabschnitten sich daneben befindet. Durch eine Verstimmung des Schwingkreises kann somit in einfacher Weise die Winkelposition der Rotoranordnung gemessen werden.
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Allgemein sei erwähnt, dass beispielsweise zum Entfallenlassen einer Alignment-Prozedur ein Flügelrad bezüglich seiner Winkellage zum Rotor gerichtet und formschlüssig direkt in den Rotor integriert sein kann. Eine Möglichkeit ist, die Fertigung des Flügelrads in einen Stanzprozess des Rotorblechpakets zu integrieren. Das Rotordesign kann dabei der benötigten Form des Flügelrads angepasst werden. Magnetisch leitfähige Teile des Rotors können so angeordnet werden, dass die Freiräume zwischen den Flügeln des Flügelrads in axialer Richtung frei bleiben.
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Es kann eine gerichtete, formschlüssige Anwendung eines Flügelrads direkt an einem Rotorblechpaket verwendet werden. Somit ist zum einen der Alignment-Winkel hinreichend genau durch das Design bestimmt. Der für den Alignment-Winkel wichtige korrekte Winkelbezug zwischen Flügelrad und Rotor kann durch den Magnetisierungsvorgang bestimmt werden. Die Asymmetrie der Rotorstege kann dazu genutzt werden, den Rotor in der korrekten Winkellage ins Magnetisierungswerkzeug einzulegen. Somit kann ausgeschlossen werden, dass anstatt der erwarteten Nordpole Südpole vorliegen und umgekehrt. Dies würde auftreten, wenn die Rotor-Flügelradbaugruppe um eine Polteilung versetzt in das Magnetisierungswerkzeug eingelegt würde. Eine Verdrehung zwischen Flügelrad und Rotorwelle ist durch das formschlüssige Design ausgeschlossen. Weiter ergibt sich ein Packaging-Vorteil gegenüber einer herkömmlichen Anordnung eines Flügelrads, da sich das Flügelrad direkt am Rotorblechpaket befinden kann.
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Die Erfindung wird nun anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigen:
- 1: eine Motoranordnung, und
- 2: einen Teil der Motoranordnung von 1.
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1 zeigt rein schematisch eine Motoranordnung 1. Diese weist einen außen-liegenden Stator 5 auf, in welchem mehrere Elektromagnete 7 angeordnet sind.
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Die Motoranordnung 1 weist ferner eine Rotoranordnung 10 mit einem Rotor 12 auf. Der Rotor 12 ist vorliegend als Blechpaket ausgebildet, ohne dass dies genauer dargestellt wäre. Die Rotoranordnung 10 weist außenliegend mehrere Permanentmagnete 20, 25 auf. Dabei alternieren erste Permanentmagnete 20, welche als Nordpol polarisiert sind, mit zweiten Permanentmagneten 25, welche als Südpol polarisiert sind. Durch gezielte Bestromung der bereits erwähnten Elektromagnete 7 kann somit die Rotoranordnung 10 in Drehung versetzt werden.
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Die Rotoranordnung 10 weist ferner ein Flügelrad 30 auf. Dieses ist zusammen mit dem Rest der Rotoranordnung 10 auf einer nicht dargestellten Welle aufgebracht. Das Flügelrad 30 ist formschlüssig mit dem Rotor 12 verbunden. Der Formschluss ist dabei in 1 nicht dargestellt, er kann beispielsweise durch das Vorsehen von geeigneten Ausnehmungen in dem Rotor 12 oder durch ein komplementäres Ineinandergreifen von Vorsprüngen und Ausnehmungen von Flügelrad 30 und Rotor 12 erfolgen. Dadurch wird eine feste Positionsbeziehung zwischen Flügelrad 30 und Rotor 12 erreicht.
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Das Flügelrad 30 weist mehrere radial vorstehende Flügelabschnitte 32 auf. Zwischen diesen sind Zwischenräume 34 angeordnet. Das Flügelrad 30 ist aus einem elektrisch gut leitfähigen Material, so dass sich darin Wirbelströme bilden können, welche beispielsweise durch einen unmittelbar benachbarten Schwingkreis detektiert werden können. Der Schwingkreis kann durch die Wirbelströme verstimmt werden. Dadurch kann eine Winkellage des Flügelrads 30 erkannt werden.
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Die Zwischenräume 34 zwischen den radial vorstehenden Flügelabschnitten 32 liegen über ersten Ausnehmungen 40 des Rotors 12, so dass durch den Rotor 12 keine Störung des eben beschriebenen Messprinzips erfolgt.
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2 zeigt die Motoranordnung 1 von 1, jedoch ohne das Flügelrad 30. Dabei ist zu erkennen, dass zusätzlich zu den ersten Ausnehmungen 40 auch zweite Ausnehmungen 45 vorhanden sind, welche zwischen den ersten Ausnehmungen 40 umfangsmäßig angeordnet sind. Dadurch kann das Gewicht des Rotors 12 verringert werden.
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Wie gezeigt sind die ersten Ausnehmungen 40 immer unmittelbar radial einwärts zu einem ersten Permanentmagneten 20 angeordnet, und die zweiten Ausnehmungen 45 sind unmittelbar radial einwärts zu einem jeweiligen zweiten Permanentmagneten 25 angeordnet. Dadurch wird eine feste Winkelbeziehung zwischen den Ausnehmungen 40, 45 und den Polarisierungen der Permanent-magnete 20, 25 erzeugt, so dass auch das Flügelrad 30 eine feste Winkelbeziehung zu den Magnetisierungen der Permanentmagnete 20, 25 hat.
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Durch die gezeigte Ausführung kann insgesamt eine sehr einfach aufgebaute Motoranordnung 1 mit einer einfach herzustellenden und ohne aufwändige Alignment-Prozedur verwendbaren Rotoranordnung 10 erreicht werden.
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Es sei darauf hingewiesen, dass in den Ansprüchen und in der Beschreibung Merkmale in Kombination beschrieben sein können, beispielsweise um das Verständnis zu erleichtern, obwohl diese auch separat voneinander verwendet werden können. Der Fachmann erkennt, dass solche Merkmale auch unabhängig voneinander mit anderen Merkmalen oder Merkmalskombinationen kombiniert werden können.
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Rückbezüge in Unteransprüchen können bevorzugte Kombinationen der jeweiligen Merkmale kennzeichnen, schließen jedoch andere Merkmalskombinationen nicht aus.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Motoranordnung
- 5
- Stator
- 7
- Elektromagnete
- 10
- Rotoranordnung
- 12
- Rotor
- 20
- erste Permanentmagnete
- 25
- zweite Permanentmagnete
- 30
- Flügelrad
- 32
- Flügelabschnitte
- 34
- Zwischenräume
- 40
- erste Ausnehmungen
- 45
- zweite Ausnehmungen
