DE102022130644A1

DE102022130644A1 - Verfahren zum Herstellen eines permanenterregten Elektromotors

Info

Publication number: DE102022130644A1
Application number: DE102022130644.5A
Authority: DE
Inventors: Werner Verdoorn
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2022-11-21
Filing date: 2022-11-21
Publication date: 2024-05-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (29) zum Herstellen eines permanenterregten Elektromotors (1), der einen Rotor (4) mit einem Rotorgrundkörper (7) und mit mehreren am Rotorgrundkörper (7) angeordneten Permanentmagneten (8) aufweist, bei dem ein Rotorgrünling hergestellt und gesintert wird, der den Rotorgrundkörper (7) und die Permanentmagnete (8) aufweist.
Das Herstellen des Rotorgrünlings erfolgt erfindungsgemäß dadurch,
- dass ein Formwerkzeug zum Herstellen des Rotorgrünlings verwendet wird, das eine Form aufweist, die Magnetbereiche zum Formen der Permanentmagnete (8) und Körperbereiche zum Formen des Rotorgrundkörpers (7) besitzt, wobei die Magnetbereiche offen in die Körperbereiche übergehen,
- dass die Magnetbereiche der Form mit einem Magnetpulver befüllt werden,
- dass die Körperbereiche der Form mit einem Grundkörperpulver befüllt werden,
- dass der Rotorgrünling in der Form mittels Druck und/oder Wärme erzeugt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Elektromotors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen nach diesem Verfahren hergestellten Elektromotor sowie eine Fördereinrichtung, die mit einem derartigen Elektromotor ausgestattet ist.
Ein permanenterregter Elektromotor weist üblicherweise einen Rotor mit einem Rotorgrundkörper und mit mehreren am Rotorgrundkörper angeordneten Permanentmagneten auf. Ein derartiger Rotor lässt sich auf unterschiedliche Weise herstellen.
Beispielsweise ist es aus der DE 30 21 396 A1 , DE 30 21 607 A1 , CN 110 149 034 A und DE 689 06 544 T2 bekannt, gesintert Permanentmagnete für die Herstellung des Rotors zu verwenden.
Aus der JP H10 210 690 A ist es bekannt, für die Herstellung des Rotors einen gesinterten Rotorgrundkörper zu verwenden.
Aus der CN 105 019 947 A ist es bekannt, zum Herstellen eines Rotors den Grundkörper aus einem keramischen Werkstoff, eine Welle sowie einen Metallmantel gemeinsam zu sintern.
Die DE 10 2015 101 882 A1 beschreibt einen Rotor eines Elektromotors mit einem Rotorgrundkörper und mit einem Stützmittel, wobei der Rotorgrundkörper aus mehreren Sektoren gebildet ist, die aus einem permanentmagnetischen Material bestehen. Das permanentmagnetische Material ist ein Metall, ein Kunststoff, ein keramischer Werkstoff oder eine Kombination daraus. Die Sektoren des Rotorgrundkörpers werden durch Spritzgießen oder Sintern hergestellt.
Die US 2009/0 121 560 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer Komponente einer elektrischen Maschine, wobei die Komponente aus einem keramischen und einem metallischen Pulver durch heißisostatisches Pressen hergestellt wird.
Aus der JP 2005 045 917 A ist ein Rotor mit einer Rotorwelle und einem Ringmagneten bekannt, wobei der Ringmagnet über eine Mischung aus einem Metallpulver und einem Bindemittel mit der Rotorwelle verbunden ist.
Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der DE 10 2016 202 374 A1 bekannt. Dort wird ein Rotorgrünling hergestellt und gesintert, der den Rotorgrundkörper und die Permanentmagnete aufweist. Beim bekannten Verfahren wird der Rotorgrünling dadurch hergestellt, dass ein Rotorgrundkörpergrünling und Permanentmagnetgrünlinge zum Rotorgrünling zusammengefügt werden.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für die Herstellung eines Rotors für einen permanenterregten Elektromotor sowie für einen solchen Elektromotor und eine damit ausgestattete Fördereinrichtung eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch einen verbesserten Wirkungsgrad des Elektromotors auszeichnet. Entsprechendes soll dann auch für einen mit diesem Verfahren hergestellten Elektromotor sowie für eine mit einem solchen Elektromotor ausgestattete Fördereinrichtung gelten.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zum Herstellen des Rotorgrünlings ein Formwerkzeug zu verwenden, das eine Form besitzt, die Magnetbereiche zum Formen der Permanentmagnete und Körperbereiche zum Formen des Rotorgrundkörpers aufweist. Dabei gehen die Magnetbereiche offen in die Körperbereiche über. Für die Herstellung des Rotorgrünlings wird diese Form mit entsprechendem Materialpulver befüllt. Im Einzelnen werden dabei die Magnetbereiche der Form mit einem Magnetpulver befüllt, während die Körperbereiche der Form mit einem Grundkörperpulver befüllt werden. Nach dem Befüllen der Form mit dem Magnetpulver und dem Grundkörperpulver wird der Rotorgrünling erzeugt, wobei dies mittels Druck und/oder Wärme erfolgt. Der auf diese Weise hergestellte Rotorgrünling kann dann in üblicher Weise gesintert werden, um den Rotor zu erzeugen. Das erfindungsgemäße Verfahren verzichtet auf eine separate Herstellung von Rotorgrundkörpergrünlingen und Permanentmagnetgrünlingen, die dann zu dem Rotorgrünling zusammengefügt werden müssen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird der Rotorgrünling unmittelbar als Einheit mithilfe des Magnetpulvers und des Grundkörperpulvers hergestellt, wodurch die Herstellungsschritte entfallen, die für die Herstellung der Rotorgrundkörpergrünlinge und der Permanentmagnetgrünlinge sowie für das Zusammenfügen derselben zum Rotorgrünling entfallen.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Formwerkzeug so konfiguriert sein, dass sich zunächst die Magnetbereiche der Form mit dem Magnetpulver befüllen lassen, sodass im Anschluss daran die Körperbereiche der Form mit dem Grundkörperpulver befüllt werden können. Dies kann mit einer mehrteiligen Form und/oder mit Schiebern und dergleichen erfolgen, die in der Form beispielsweise die Magnetbereiche von den Körperbereichen trennen, bis diese mit dem jeweiligen Materialpulver befüllt sind. Ebenso ist denkbar, eine magnetisch anziehbare Form zu verwenden, so dass das Magnetpulver an der Form haftet, so dass die Schieber bereits zum Befüllen der Körperbereiche entfernt werden können. Je nach Konfiguration der Form kann auch auf solche Schieber vollständig verzichtet werden. Dabei kann die Befüllung der Magnetbereiche und der Körperbereiche mit dem jeweiligen Materialpulver dadurch erfolgen, dass das jeweilige Materialpulver in einem riesenfähigen Zustand eigefüllt wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Befüllen der Magnetbereiche mit dem Magnetpulver dadurch erfolgen, dass vorgefertigte und komplementär zu den Magnetbereichen geformte Magneteinsätze aus Magnetpulver in die Magnetbereiche eingesetzt werden. Mithilfe der vorgefertigten Magneteinsätze kann das Befüllen der Form vereinfacht werden. Insbesondere können die Magneteinsätze in den Magnetbereichen magnetisch an der Form halten.
Zweckmäßig kann das Grundkörperpulver ein Keramikmaterial sein, z.B. Si3N4. Im Unterschied dazu kann es sich bei Magnetpulver bevorzugt um ein Materialgemisch aus einem hartmagnetischen Material, z.B. SmCo, insbesondere Sm2Co17, und aus einem Keramikmaterial handeln. Durch die Verwendung eines Keramikmaterials sowohl im Grundkörperpulver als auch im Magnetpulver ergibt sich im gesinterten Rotor ein besonders intensiver Materialverbund, der zu einer besonders hohen Festigkeit führt.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Keramikmaterial des Materialgemischs des Magnetpulvers und das Keramikmaterial des Grundkörperpulvers identisch sind. Durch die Verwendung identischer Keramikmaterialien, wie z.B. Si3N4, im Magnetpulver und im Grundkörperpulver ergibt sich ein besonders intensiver Verbund beim Sintervorgang.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Rotorgrundkörper als Hohlwelle ausgestaltet sein, die zwei axiale Endabschnitte und einen die beiden Endabschnitte axial miteinander verbindenden Mittelabschnitt aufweist, wobei die Permanentmagnete am Mittelabschnitt der Hohlwelle angeordnet sind. Üblicherweise sind die Permanentmagnete in einer Umfangsrichtung des Rotors gleichförmig verteilt sowie zueinander beabstandet angeordnet.
Die Ausgestaltung des Rotorgrundkörpers als Hohlwelle führt zu einer radial kompakten Bauform für den Rotor. Die Radialrichtung erstreckt sich dabei senkrecht zur Längsmittelachse des Rotors. Die Längsmittelachse des Rotors entspricht der Rotationsachse des Rotors im Elektromotor und definiert die Axialrichtung des Rotors und erstreckt sich parallel dazu. Die Umfangsrichtung läuft um die Längsmittelachse um.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher der Rotor bzw. der Rotorgrundkörper im Bereich der Permanentmagnete eine radial außenliegende kreisförmige Außenkontur aufweist, die sich in Umfangsrichtung stetig und mit konstanter Krümmung erstreckt. Entlang dieser kreisförmigen Außenkontur können sich in der Umfangsrichtung Umfangsabschnitte, die durch Permanentmagnete gebildet sind, mit Umfangsabschnitten abwechseln, die durch den Rotorgrundkörper gebildet sind. Damit sind die Permanentmagnete bündig zur Außenkontur im Rotorgrundkörper versenkt angeordnet. Hierdurch lässt sich insbesondere ein minimales Spaltmaß zwischen Rotor und Stator realisieren, was eine hohe Effizienz und somit einen hohen Wirkungsgrad für den damit ausgestatteten Elektromotor bedeutet.
Zusätzlich oder alternativ kann bei einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, dass der Rotor bzw. der Rotorgrundkörper im Bereich der Permanentmagnete hohl ist und eine radial außenliegende Außenseite sowie eine radial innenliegende Innenseite aufweist. Besonders vorteilhaft ist nun eine Konfiguration, bei der sich die Permanentmagnete radial durchgehend von der Außenseite bis zur Innenseite erstrecken. Damit sind die Permanentmagnete weder an der Innenseite noch an der Außenseite durch Material des Rotorgrundkörpers radial abgedeckt, sondern bilden einen integralen Bestandteil der in Umfangsrichtung durchgehenden Struktur des Rotors. Aufgrund dieser Bauform wechseln sich an der Außenseite und an der Innenseite des Rotors in der Umfangsrichtung Umfangsabschnitte, die durch die Permanentmagnete gebildet sind, mit Umfangsabschnitten ab, die durch den Rotorgrundkörper gebildet sind.
Zweckmäßig kann eine radiale Wandstärke der Hohlwelle im Mittelabschnitt größer sein als in den Endabschnitten. Hierdurch baut die Hohlwelle leicht, was die Effizienz bei Beschleunigungsvorgängen steigert.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die Endabschnitte radial außen als Lager ausgestaltet sind. Dadurch bekommt der Rotor eine Zusatzfunktion, was den Integrationsgrad des Rotors erhöht.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Hohlwelle in ihrer Längsrichtung von dem einen Endabschnitt über bis zum anderen Endabschnitt einen durchgehenden, konstanten Außenquerschnitt aufweist. Damit besitzen die Endabschnitte und der Mittelabschnitt denselben Außenquerschnitt.
Ein erfindungsgemäßer permanenterregter Elektromotor weist einen Rotor mit einem Rotorgrundkörper und mit mehreren am Rotorgrundkörper angeordneten Permanentmagneten auf. Der Elektromotor ist gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt, sodass sein Rotor durch einen aus Magnetpulver und Grundkörperpulver hergestellten und gesinterten Rotorgrünling gebildet ist. Der erfindungsgemäße Elektromotor zeichnet sich durch eine hohe Effizienz aus, die durch einen geringen Radialspalt zwischen Rotor und Stator realisierbar ist.
Eine erfindungsgemäße Fördereinrichtung dient zum Antreiben von Frischluft einer Brennkraftmaschine oder zum Antreiben von Kathodengas eines Brennstoffzellensystems. Die Fördereinrichtung ist hierzu mit einem Laufrad zum Antreiben der Frischluft bzw. des Kathodengases ausgestattet und weist einen Elektromotor der vorstehend beschriebenen Art auf, dessen Rotor mit dem Laufrad antriebsverbunden ist. Auch die Fördereinrichtung zeichnet sich durch eine hohe Effizienz aus, die durch einen kleinen Spalt zwischen Rotor und Stator realisierbar ist.
Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform, bei der das Laufrad einheitlich mit dem Rotorgrundkörper gesintert ist. Mit anderen Worten, der Rotorgrünling umfasst unmittelbar am Rotorgrundkörper außerdem das Laufrad. Hierzu kann die Form des Formwerkzeugs außerdem einen Laufradbereich aufweisen, der mit einem Laufradpulver befüllt wird. Das Laufradpulver kann zweckmäßig ein Keramikmaterial sein. Vorzugsweise handelt es sich dabei um das gleiche Keramikmaterial, aus dem auch das Grundkörperpulver besteht.
Die Fördereinrichtung kann insbesondere auch als elektrische Turbolader konfiguriert sein und dementsprechend zwei Laufräder aufweisen, wobei das eine Laufrad als Verdichterrad konfiguriert ist, während das andere Laufrad als Turbinenrad konfiguriert ist. Der Rotor ist mit beiden Laufrädern antriebsverbundenen. Zweckmäßig kann das Verdichterrad einheitlich mit dem Rotorgrundkörper gesintert sein, während das Turbinenrad separat vom Rotorgrundkörper hergestellt ist und mit dem Rotor drehfest verbunden ist. Ein derartiger elektromotorischer Turbolader besitzt kein Turboloch, da mithilfe des Elektromotors bei zu geringer Antriebsleistung des Turbinenrads die erforderliche Leistung am Verdichterrad bereitgestellt werden kann.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den durch die Ansprüche definierten Rahmen der Erfindung zu verlassen. Vorstehend genannte und nachfolgend noch zu nennende Bestandteile einer übergeordneten Einheit, wie z.B. einer Einrichtung, einer Vorrichtung oder einer Anordnung, die separat bezeichnet sind, können separate Bauteile bzw. Komponenten dieser Einheit bilden oder integrale Bereiche bzw. Abschnitte dieser Einheit sein, auch wenn dies in den Zeichnungen anders dargestellt ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,

1 einen stark vereinfachten Längsschnitt durch einen Elektromotor,
2 einen stark vereinfachten Längsschnitt durch eine Fördereinrichtung mit dem Elektromotor,
3 einen Querschnitt durch einen Rotor des Elektromotors,
4 einen Querschnitt des Rotors wie in 3, jedoch bei einer anderen Ausführungsform,
5 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Herstellungsverfahrens.

Entsprechend den 1 und 2 umfasst ein permanenterregter Elektromotor 1 einen Stator 2 mit Statorspule 3 sowie einen Rotor 4, der um eine Rotationsachse 5 relativ zum Stator 2 drehbar am Stator 2 gelagert ist. Bevorzugt handelt es sich beim hier gezeigten Elektromotor 1 um einen Innenläufer, sodass der Rotor 4 im Inneren des Stators 2 drehbar angeordnet ist. Die Rotationsachse 5 fällt dabei mit einer Längsmittelachse 6 des Rotors 4 zusammen, die eine Längsrichtung definiert. Dabei verläuft die Längsrichtung parallel zur Längsmittelachse 6. Eine radiale Richtung verläuft senkrecht zur Längsrichtung und steht insbesondere senkrecht auf der Längsmittelachse 6 bzw. der Rotationsachse 5. Eine in den 3 und 4 durch einen Doppelpfeil angedeutete Umfangsrichtung U läuft um die Längsmittelachse 6 bzw. um die Rotationsachse 5 um.
Der Rotor 4 besitzt einen Rotorgrundkörper 7 sowie mehrere in Umfangsrichtung U verteilt angeordnete Permanentmagnete 8. Bei den hier gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Rotorgrundkörper 7 als Hohlwelle 9 ausgestaltet, die zwei axiale Endabschnitte 10, 11 sowie einen Mittelabschnitt 12 aufweist, wobei der Mittelabschnitt 12 die beiden Endabschnitte 10, 11 axial miteinander verbindet. Die Permanentmagnete 8 sind dabei am Mittelabschnitt 12 der Hohlwelle 9 angeordnet.
Bei den hier gezeigten Beispielen ist eine radiale Wandstärke der Hohlwelle 9 im Mittelabschnitt 12 größer als in den beiden Endabschnitten 10, 11. Ferner ist hier vorgesehen, dass die radiale Wandstärke der Hohlwelle 9 in dem in den 1 und 2 links angeordneten einen oder ersten Endabschnitt 10 größer ist als in dem in den 1 und 2 rechts angeordneten anderen oder zweiten Endabschnitt 11. Diese Konfiguration kann insbesondere für die Verwendung des Elektromotors 1 in einer weiter unten mit Bezug auf 2 näher erläuterten Fördereinrichtung 23 vorteilhaft sein.
Die beiden Endabschnitte 10, 11 können radial außen als Lager konfiguriert sein bzw. können die radialen Außenseiten der beiden Endabschnitte 10, 11 als Lagerflächen konfiguriert sein. In den 1 und 2 sind die beiden Endabschnitte 10, 11 jeweils in einer Lagerbuchse 13, 14 des Stators 2 angeordnet und darin drehbar gelagert.
Bemerkenswert ist ferner, dass die Hohlwelle 9 in ihrer Längsrichtung von dem einen oder ersten Endabschnitt 10 über den Mittelabschnitt 12 bis zum anderen oder zweiten Endabschnitt 11 einen durchgehenden und konstanten Außenquerschnitt aufweist.
In den Beispielen der 1 und 2 variiert der Innenquerschnitt der Hohlwelle 9 in deren Längsrichtung. Beispielsweise besitzt die Hohlwelle 9 im ersten Endabschnitt 10 einen ersten Innenquerschnitt, der insbesondere kreisförmig ausgestaltet ist. Im zweiten Endabschnitt 11 besitzt die Hohlwelle 9 einen zweiten Innenquerschnitt, der ebenfalls vorzugsweise kreisförmig ausgestaltet sein kann und der im Beispiel größer ist als der erste Innenquerschnitt. Im Mittelabschnitt 12 besitzt die Hohlwelle 9 einen dritten Innenquerschnitt, der insbesondere kreisförmig ausgestaltet sein kann und der im Beispiel kleiner ist als der erste Innenquerschnitt. In den 1 und 2 sind ferner konische Übergänge erkennbar, einerseits vom ersten Innenquerschnitt zum dritten Innenquerschnitt und andererseits vom dritten Innenquerschnitt zum zweiten Innenquerschnitt.
Der Stator 2 kann mit einem Statorblechpaket 15 ausgestattet sein, dass sich im Bereich der Permanentmagnete 9 in der Umfangsrichtung U geschlossen um den Rotor 4 herum erstreckt. Radial zwischen dem Rotor 4 und dem Stator 2, insbesondere radial zwischen dem Statorblechpaket 15 und dem Rotorgrundkörper 7 im Bereich der Permanentmagnete 8, befindet sich ein Radialspalt 16, der vergleichsweise klein konzipiert ist, was durch das hier zur Anwendung kommende Herstellungsverfahren für den Elektromotor 1 bzw. für den Rotor 4 besonders einfach realisierbar ist.
Der Rotor 4 kann nun gemäß den 3 und 4, insbesondere bei einer Ausgestaltung als Hohlwelle 9, im Bereich der Permanentmagnete 8, also vorzugsweise im Mittelabschnitt 12, eine radial außenliegende, kreisförmige Außenkontur 17 aufweisen. Diese Außenkontur 17 erstreckt sich in Umfangsrichtung U stetig und mit konstanter Krümmung. Des Weiteren sind die Permanentmagnete 8 innerhalb des Rotorgrundkörpers 7 so angeordnet, dass sich in der Umfangsrichtung U entlang der kreisförmigen Außenkontur 17 Umfangsabschnitte 18, die durch Permanentmagnete 8 gebildet sind, mit Umfangsabschnitten 19 abwechseln, die durch den Rotorgrundkörper 7 gebildet sind. Hierdurch sind die Permanentmagnete 8 in der Außenkontur 17 flächenbündig versenkt im Rotorgrundkörper 7 angeordnet. Die Außenkontur 17 erstreckt sich dabei konzentrisch zur Längsmittelachse 6.
Im Beispiel der 3 erstrecken sich die Permanentmagnete 8 nicht über die gesamte radiale Wandstärke des Rotors 4, sodass jeder Permanentmagnet 8 radial innen an einen Abschnitt des Rotorgrundkörpers 7 angrenzt bzw. darin übergeht. Der Rotor 4 im Elektromotor 1 der 1 besitzt einen ähnlichen Aufbau.
In den gezeigten Beispielen ist der Rotor 4 zumindest im Bereich der Permanentmagnete 8, vorzugsweise hier jedoch über den gesamten Rotorgrundkörper 7 hohl konzipiert, sodass er eine radial außenliegende Außenseite 20 sowie eine radial innenliegende Innenseite 21 aufweist. Die weiter oben genannte Außenkontur 17 ist an der Außenseite 20 ausgebildet.
Abweichend zu der in 3 gezeigten Ausführungsform ist bei der in 4 gezeigten Ausführungsform vorgesehen, dass sich die Permanentmagnete 8 radial durchgehend von der Außenseite 20 bis zur Innenseite 21 erstrecken. Mit anderen Worten, beim hohl ausgestalteten Rotorgrundkörper 7 erstrecken sich die Permanentmagnete 8 über die gesamte radiale Wandstärke des Rotorgrundkörpers 7. Bei dieser Bauform wechseln sich sowohl an der Außenseite 20 als auch an der Innenseite 21 die Umfangsabschnitte 18, die durch die Permanentmagnete 8 gebildet sind, mit den Umfangsabschnitten 19 ab, die durch den Rotorgrundkörper 7 gebildet sind. Im Beispiel der 4 besitzt der hohle Rotor 4 im Bereich der Permanentmagnete 8 außerdem eine radial innenliegende kreisförmige Innenkontur 22, die sich in Umfangsrichtung U stetig und mit konstanter Krümmung erstreckt. Die Innenkontur 22 ist dabei konzentrisch zur Außenkontur 17 sowie konzentrisch zur Längsmittelachse 6 angeordnet. Der Rotor 4 im Elektromotor 1 der 2 besitzt einen ähnlichen Aufbau.
1 zeigt demnach ein Beispiel für den Rotor 4 mit dem in 3 wiedergegebenen Querschnitt, während 2 ein Beispiel für den Rotor 4 mit dem in 4 wiedergegebenen Querschnitt zeigt.
Gemäß 2 kann der Elektromotor 1 einen Bestandteil einer Fördereinrichtung 23 bilden, die zum Antreiben von Frischluft einer Brennkraftmaschine oder zum Antreiben von Kathodengas eines Brennstoffzellensystems verwendet werden kann.
Die Fördereinrichtung 23 weist hierzu ein Laufrad 24 zum Antreiben der Frischluft bzw. des Kathodengases auf, das mit dem Rotor 4 des Elektromotors 1 antriebsverbunden ist. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass dieses Laufrad 24 einstückig bzw. integral an Rotorgrundkörper 7 ausgeformt bzw. damit gesintert ist. Im konkreten Beispiel der 2 kann die Fördereinrichtung 23 als elektrischer Turbolader 25 konfiguriert sein, bei dem das Laufrad 24 als Verdichterrad 26 ausgestaltet ist. Der Rotor 4 ist in diesem Fall mit einem weiteren Laufrad 27 antriebsverbunden, dass insbesondere als Turbinenrad 28 ausgestaltet sein kann. Das weitere Laufrad 27 bzw. das Turbinenrad 28 ist bezüglich des Rotors 4 separat hergestellt und nach dem Zusammenbau des Elektromotors 1 auf geeignete Weise damit drehfest verbunden.
Anhand von 5 wird nachfolgend ein Verfahren 29 zum Herstellen eines permanenterregten Elektromotors 1 der vorstehend beschriebenen Art näher erläutert. Bei diesem Verfahren 29 kommt ein hier nicht gezeigtes Formwerkzeug zum Einsatz, das eine Form aufweist, wobei diese Form Magnetbereiche zum Formen der Permanentmagnete 8 und Körperbereiche zum Formen des Rotorgrundkörpers 7 aufweist.
In einem Schritt 30 werden die Magnetbereiche der Form mit einem Magnetpulver befüllt und die Körperbereiche der Form werden mit einem Grundkörperpulver befüllt. In einem nachfolgenden Schritt 31 wird in der befüllten Form mittels Druck und/oder Wärme ein Rotorgrünling erzeugt, der den Rotorgrundkörper 7 und die Permanentmagnete 8 aufweist. In einem nachfolgenden Schritt 32 wird der Rotorgrünling gesintert. Im Anschluss an den Sintervorgang liegt der Rotor 4 mit Rotorgrundkörper 7 und Permanentmagneten 8 vor. Es ist klar, dass sich daran nun spanabhebende Bearbeitungsvorgänge anschließen können, um die jeweils gewünschte Endform für den Rotor 4 auszubilden.
Das Befüllen der Form gemäß Schritt 30 kann in zwei Teilschritte unterteilt werden. In einem ersten Teilschritt 33 werden die Magnetbereiche mit dem Magnetpulver befüllt und in einem darauffolgenden zweiten Teilschritt 34 werden die Körperbereiche mit dem Grundkörperpulver befüllt. Die Befüllung kann dabei vorzugsweise in einem riesenfähigen Zustand des jeweiligen Pulvers erfolgen. Dabei kann vorgesehen sein, dass für den ersten Teilschritt 33 die Magnetbereiche durch einen Schieber oder dergleichen des Formwerkzeugs von den Körperbereichen getrennt sind, derart, dass sich die Magnetbereiche und die Körperbereiche gleichzeitig oder nacheinander, jedenfalls separat vom Magnetpulver bzw. vom Grundkörperpulver befüllen lassen. Nach der Befüllung kann dann der jeweilige Schieber entfernt werden, sodass die Magnetbereiche offen in die Körperbereiche übergehen. Bei einem magnetischen Magnetpulver und bei einer magnetisch anziehbaren Form kann auf die Schieber verzichtet werden oder die Scheiber lassen sich schon zum Befüllen der Körperbereiche öffnen bzw. entfernen, da das in die Magnetbereiche eingefüllte Magnetpulver darin magnetisch haftet und positioniert ist.
Ferner ist denkbar, dass in einem vorausgehenden Schritt 35 aus dem Magnetpulver Magneteinsätze vorgefertigt werden, die komplementär zu den Magnetbereichen geformt sind. Im ersten Teilschritt 33 werden dann diese Magneteinsätze in die Magnetbereiche der Form eingesetzt. Im Anschluss daran können dann die Körperbereiche mit dem Grundkörperpulver befüllt werden. Die Magneteinsätze können dabei magnetisch an der Form haften.
Vorzugsweise handelt es sich beim Grundkörperpulver um ein Keramikmaterial. Im Unterschied dazu handelt es sich bei Magnetpulver um ein Materialgemisch aus einem hartmagnetischen Material und aus einem Keramikmaterial. Besonders vorteilhaft ist nun eine Ausführungsform, bei der das Keramikmaterial des Materialgemischs des Magnetpulvers einerseits und das Keramikmaterial des Grundkörperpulvers andererseits identisch sind. Mit anderen Worten, es wird das gleiche Keramikmaterial im Rotorgrundkörper 7 und in den Permanentmagneten 8 verwendet. Für den Fall, dass das mit Bezug auf 2 beschriebene Laufrad 24 integral mit dem Rotorgrundkörper 7 gesintert wird, ist denkbar, dass Laufrad 24 ebenfalls bereits im Rotorgrünling integral auszuformen. Des Weiteren ist denkbar, dass Laufrad 24 mit einem Pulver aus Keramikmaterial herzustellen, wobei auch hier dasselbe Keramikmaterial zum Einsatz kommen kann wie für den Rotorgrundkörper 7.
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 3021396 A1 [0003]
DE 3021607 A1 [0003]
CN 110149034 A [0003]
DE 68906544 T2 [0003]
JP H10210690 A [0004]
CN 105019947 A [0005]
DE 102015101882 A1 [0006]
US 2009/0121560 A1 [0007]
JP 2005045917 A [0008]
DE 102016202374 A1 [0009]

Claims

Verfahren (29) zum Herstellen eines permanenterregten Elektromotors (1), der einen Rotor (4) mit einem Rotorgrundkörper (7) und mit mehreren am Rotorgrundkörper (7) angeordneten Permanentmagneten (8) aufweist, - bei dem ein Rotorgrünling hergestellt und gesintert wird, der den Rotorgrundkörper (7) und die Permanentmagnete (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen des Rotorgrünlings dadurch erfolgt, - dass ein Formwerkzeug zum Herstellen des Rotorgrünlings verwendet wird, das eine Form aufweist, die Magnetbereiche zum Formen der Permanentmagnete (8) und Körperbereiche zum Formen des Rotorgrundkörpers (7) besitzt, wobei die Magnetbereiche offen in die Körperbereiche übergehen, - dass die Magnetbereiche der Form mit einem Magnetpulver befüllt werden, - dass die Körperbereiche der Form mit einem Grundkörperpulver befüllt werden, - dass der Rotorgrünling in der Form mittels Druck und/oder Wärme erzeugt wird.
Verfahren (29) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass zuerst die Magnetbereiche der Form mit dem Magnetpulver befüllt werden und erst danach die Körperbereiche der Form mit dem Grundkörperpulver befüllt werden.
Verfahren (29) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - dass das Befüllen der Magnetbereiche mit dem Magnetpulver dadurch erfolgt, dass vorgefertigte und komplementär zu den Magnetbereichen geformte Magneteinsätze aus Magnetpulver in die Magnetbereiche eingesetzt werden.
Verfahren (29) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass das Grundkörperpulver ein Keramikmaterial ist, - dass das Magnetpulver ein Materialgemisch aus einem hartmagnetischen Material und aus einem Keramikmaterial ist.
Verfahren (29) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, - dass das Keramikmaterial des Materialgemischs des Magnetpulvers und das Keramikmaterial des Grundkörperpulvers identisch sind.
Verfahren (29) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass der Rotorgrundkörper (7) als Hohlwelle (9) ausgestaltet ist, die zwei axiale Endabschnitte (10, 11) und einen die beiden Endabschnitte (19, 11) axial miteinander verbindenden Mittelabschnitt (12) aufweist, - dass die Permanentmagnete (8) am Mittelabschnitt (12) der Hohlwelle (9) angeordnet sind.
Verfahren (29) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass der Rotor (4) im Bereich der Permanentmagnete (8) eine radial außenliegende kreisförmige Außenkontur (17) aufweist, die sich in Umfangsrichtung (U) stetig und mit konstanter Krümmung erstreckt, - dass sich in der Umfangsrichtung (U) entlang dieser kreisförmigen Außenkontur (17) Umfangsabschnitte (18), die durch Permanentmagnete (8) gebildet sind, mit Umfangsabschnitten (19) abwechseln, die durch den Rotorgrundkörper (7) gebildet sind.
Verfahren (29) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass der Rotor (4) im Bereich der Permanentmagnete (8) hohl ist und eine radial außenliegende Außenseite (20) und eine radial innenliegende Innenseite (21) aufweist, - dass sich die Permanentmagnete (8) radial durchgehend von der Außenseite (20) bis zur Innenseite (21) erstrecken.
Permanenterregter Elektromotor (1), der einen Rotor (4) mit einem Rotorgrundkörper (7) und mit mehreren am Rotorgrundkörper (7) angeordneten Permanentmagneten (8) aufweist, wobei der Elektromotor (1) gemäß dem Verfahren (29) nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt worden ist.
Fördereinrichtung (23) zum Antreiben von Frischluft einer Brennkraftmaschine oder von Kathodengas eines Brennstoffzellensystems, - mit einem Laufrad (24) zum Antreiben der Frischluft oder des Kathodengases, - mit einem Elektromotor (1) nach Anspruch 9, dessen Rotor (4) mit dem Laufrad (24) antriebsverbunden ist.