DE102023119163A1

DE102023119163A1 - Geklebte rotorplatte

Info

Publication number: DE102023119163A1
Application number: DE102023119163.2A
Authority: DE
Inventors: John R. SMERCZAK; Jay A. Steele; Anthony J. Mattord
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2022-07-26
Filing date: 2023-07-20
Publication date: 2024-02-01
Also published as: US20240039352A1; CN117458754A; US20240154482A1; US11942829B2

Abstract

Eine Rotoranordnung, die in einem Elektromotor verwendet wird, umfasst einen Rotor mit einem Innendurchmesser, einem Außendurchmesser und mehreren Rotorschlitzen; mehrere Permanentmagnete, die in den Rotorschlitzen aufgenommen sind; und eine Rotorplatte mit einem Innendurchmesser, einem Außendurchmesser und einer äußeren Lippe, die sich von einer radialen Fläche der Rotorplatte weg in Richtung des Rotors erstreckt, wobei ein Klebstoff die Rotorplatte an eine radiale Fläche des Rotors klebt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung betrifft Elektromotoren und insbesondere in Elektromotoren verwendete Rotoren.
HINTERGRUND
Elektromotoren werden in zunehmendem Maße verwendet, um ein breites Spektrum von Vorrichtungen, die in unterschiedlichen Umgebungen eingesetzt werden, zu steuern und anzutreiben. Mit der zunehmenden Verwendung von Elektromotoren können die Haltbarkeit und Effizienz von Komponenten der Elektromotoren verbessert werden.
KURZDARSTELLUNG
Bei einer Implementierung umfasst eine Rotoranordnung, die in einem Elektromotor verwendet wird, einen Rotor mit einem Innendurchmesser, einem Außendurchmesser und mehreren Rotorschlitzen; mehrere Permanentmagnete, die in den Rotorschlitzen aufgenommen sind; und eine Rotorplatte mit einem Innendurchmesser, einem Außendurchmesser und einer äußeren Lippe, die sich von einer radialen Fläche der Rotorplatte weg in Richtung des Rotors erstreckt; ein Klebstoff klebt die Rotorplatte an eine radiale Fläche des Rotors.
Bei einer anderen Implementierung umfasst ein Verfahren zum Zusammenbau einer Rotoranordnung das Ausrichten einer Rotorplatte auf einer Seite liegend, so dass Rotorkontaktstücke (Rotorpads) und eine äußere Lippe von der Rotorplatte nach oben zeigen; das Anordnen eines Rotors oben auf den Rotorkontaktstücken, so dass eine radiale Fläche des Rotors die Rotorkontaktstücke berührt; und das Aufbringen eines Klebstoffs auf eine gegenüberliegende radiale Fläche des Rotors, so dass der Klebstoff durch Rotorschlitze des Rotors in Richtung der Rotorplatte fließt, jedoch von der äußeren Lippe zurückgehalten wird, wodurch die Rotorplatte mit dem Rotor verklebt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Implementierung einer Rotoranordnung zeigt;
2 ist eine andere perspektivische Ansicht, die eine Implementierung einer Rotoranordnung zeigt; und
3 ist eine perspektivische Schnittansicht, die eine Implementierung einer Rotoranordnung zeigt; und
4 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Implementierung einer Rotorplatte zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Elektromotoren weisen einen Stator mit mehreren Statorwicklungen und eine Rotoranordnung auf. Genauer, elektrische Maschinen oder Elektromotoren können eine Rotoranordnung mit Permanentmagneten aufweisen, die um die Anordnung herum radial beabstandet sind. Wenn den Statorwicklungen auf eine gesteuerte Weise elektrischer Strom zugeführt wird, kann der Rotor veranlasst werden, eine Winkelbewegung relativ zum Stator auszuführen. Die Rotoranordnung kann einen Rotor umfassen, der eine Nabe mit sich radial erstreckenden Rotorarmen aufweist, welche Rotorschlitze zwischen benachbarten Armen definieren. Permanentmagnete können in den Rotorschlitzen befestigt werden, indem die Arme mechanisch auf eine solche Weise verformt werden, dass die Magnete in den Schlitzen befestigt werden. Im Idealfall würde die Dicke der Arme an der Basis - dem Punkt, wo die Arme beginnen, sich von der Nabe aus radial nach außen zu erstrecken - minimiert, da eine erhöhte Dicke in umgekehrtem Verhältnis zur Magnetflussleistung der Rotoranordnung stehen kann. Eine größere Dicke der Arme an der Basis kann jedoch helfen, die Rotoranordnung robuster zu gestalten. Bei einigen Anwendungen ist es möglich, dass, wenn die Basis der Arme ausreichend schmal gestaltet wird, um Ziele hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften zu erreichen, nicht auch die Permanentmagnete in den Rotorschlitzen sicher befestigt werden, wodurch es den Magneten ermöglicht wird, sich axial zu bewegen und auf den Stator störend einzuwirken, oder bewirkt wird, dass die Rotorschlitze unter Zentrifugalbelastungen oder Stoßbelastungen brechen.
Es ist möglich, die Basisdicke der Arne des Rotors zu minimieren und gleichzeitig die Permanentmagnete robust im Rotor zu befestigen. Eine Rotorplatte kann mit einer radialen Fläche des Rotors, der in einer elektrischen Maschine oder einem Elektromotor verwendet wird, verbunden oder verklebt werden und die Rotoranordnung verstärken, während gleichzeitig die Basisdicke der Rotorarme minimiert wird. Die richtige Klebstoffmenge ist wichtig. Zu viel kann höhere Kosten verursachen, das Risiko erhöhen, dass ausgehärteter Klebstoff mit unerwünschten Flächen wie dem Stator oder dem Gehäuse in Kontakt kommt, oder eine zu schwache Verbindung zwischen der Rotorplatte und dem Rotor bewirken. Bei zu wenig Klebstoff werden die Magnete eventuell nicht richtig im Rotor befestigt, oder die Verbindung gleicht möglicherweise die Unterschiede bei der Wärmeausdehnung zwischen dem Rotor und der Rotorplatte nicht aus. Der Rotor und die Rotorarme können aus mehreren gestapelten Stahlblechen ausgebildet sein, welche zusammenlaminiert sind. Nachdem der Rotor und die Rotorarme ausgebildet sind, können sie mit der Rotorplatte verklebt werden. Die Rotorplatte kann relativ eben sein, wobei sie einen Außenradius und einen Innenradius aufweist. Entlang des Außenradius der Rotorplatte kann eine äußere hochstehende Lippe ausgebildet sein, die sich axial von einer radialen Fläche der Rotorplatte weg erstreckt. Es ist auch möglich, eine innere hochstehende Lippe entlang des Innenradius der Rotorplatte auszubilden, welche sich axial von der radialen Fläche der Rotorplatte weg in dieselbe Richtung wie die äußere hochstehende Lippe erstreckt. Die hochstehende Lippe ist vorteilhaft, um ein Klebematerial zurückzuhalten, während es sich in einem flüssigen Zustand befindet. Mehrere Rotorkontaktstücke können sich von der radialen Fläche der Rotorplatte aus radial nach außen erstrecken und sind dafür ausgelegt, an einer radialen Fläche des Rotors zur Anlage zu kommen und außerdem den Abstand zwischen Rotor und Rotorplatte zu steuern, wodurch eine Dicke und eine Menge an Klebstoff, welche den Rotor mit der Rotorplatte verbindet, definiert werden. Neben der Steuerung der Klebstoffmenge können die Rotorkontaktstücke verwendet werden, um die axiale Position der Permanentmagnete innerhalb der Rotoranordnung zu steuern. Wenn die Rotorkontaktstücke zu den Magneten ausgerichtet werden müssen, kann ein Orientierungsmerkmal vorhanden sein.
Die Rotorplatte mit diesen Merkmalen kann das Verkleben mit dem Rotor zum Bilden der Rotoranordnung erleichtern, indem die Rotorplatte flach hingelegt werden kann, wobei sich die Rotorkontaktstücke nach oben erstrecken. Eine anfängliche Menge Klebstoff kann direkt auf den Rotor aufgebracht werden. Der Rotor kann zusammen mit den Permanentmagneten so auf den Rotorkontaktstücken angeordnet werden, dass die radiale Fläche des Rotors auf den Kontaktstücken aufliegt. Anschließend kann ein Klebstoff, wie etwa Epoxid, auf eine gegenüberliegende radiale Fläche des Rotors aufgebracht werden, so dass der Klebstoff durch die Rotorschlitze zwischen dem Rotor und den Permanentmagneten nach unten in Richtung der Rotorplatte fließt und sich zwischen der radialen Fläche der Rotorplatte und der radialen Fläche des Rotors ansammelt. Die äußere hochstehende Lippe und optional die innere hochstehende Lippe können dazu beitragen, das Austreten von Klebstoff einzudämmen, um die Menge an Abfall und Verschmutzung zu minimieren.
Es wird nun auf die 1-3 Bezug genommen, in denen eine Rotoranordnung 10 dargestellt ist, die einen Rotor 12, Permanentmagnete 14, eine Rotorplatte 16 und eine Motorwelle 18 umfasst. Bei einer Implementierung kann der Rotor 12 aus mehreren Blechlamellen 20 ausgebildet sein, die in einer axialen Richtung entlang einer Drehachse (x) der Motorwelle übereinandergestapelt und miteinander verklebt sind, so dass sie eine einheitliche Struktur bilden. Jede Blechlamelle 20 kann einen Innendurchmesser 22 mit einer Größe aufweisen, die einem Außendurchmesser 24 einer Motorwelle 18 nahekommt. Ein Außendurchmesser 26 der Blechlamellen 20 kann basierend auf der Größe eines Stators (nicht dargestellt) gewählt werden, der die Rotoranordnung 10 aufnehmen wird. Die Bleche 20 können so geformt sein, dass Rotorschlitze 28 gebildet werden, welche jeweils einen Permanentmagneten 14 aufnehmen und die axiale Position des Magneten 14 aufrechterhalten können. Wenn die Bleche 20 in der axialen Richtung entlang der Motordrehachse (x) übereinandergestapelt sind, können sie zusammengeklebt werden, um den Rotor 12 zu bilden.
Die mehreren Permanentmagnete 14 können axial in ihre Position in den Rotorschlitzen 28 des Rotors 12 bewegt werden. Die Rotorschlitze 28 können so bemessen und geformt sein, dass sie eine enge Reibungspassung mit den Permanentmagneten 14 bilden, die wenigstens eng genug ist, um die Magnete 14 während des Vorgangs des Zusammenbaus in ihrer Position zu halten. Die Rotorplatte 16, die in 4 dargestellt ist, kann einen Außendurchmesser 32 aufweisen, der dem Außendurchmesser 26 der Bleche 20 und des Rotors 12 nahekommt oder geringfügig größer ist, oder, bei weiter innen angeordneten Magneten, einen Außendurchmesser, der sämtliche Magnete berührt. Entlang einer radialen Fläche 34 der Rotorplatte 16 können sich mehrere Rotorkontaktstücke 36 axial von der Platte 16 weg erstrecken. Die Rotorkontaktstücke 36 können voneinander beabstandet und entlang der Rotorplatte 16 an solchen Stellen positioniert sein, dass die Kontaktstücke unabhängig von der relativen Winkelposition des Rotors 12 bezüglich der Rotorplatte 16 eine radiale Fläche 38 des Rotors 12 berühren. Die Größe oder Länge der Rotorkontaktstücke 36 kann so gewählt sein, dass eine axiale räumliche Beziehung des Rotors 12 oder der Permanentmagnete 14 relativ zur Rotorplatte 16 definiert wird. Bei einer anderen Implementierung können die Rotorkontaktstücke so ausgerichtet sein, dass sie die Magnete oder den Rotor berühren, und es kann ein unabhängiges Ausrichtmerkmal hinzugefügt werden, um den Zusammenbau zu erleichtern. Eine äußere hochstehende Lippe 40 kann entlang des Umfangs der Rotorplatte 16 ausgebildet sein und sich in einer axialen Richtung bezüglich der Drehachse (x) der Motorwelle erstrecken. Die äußere hochstehende Lippe 40 kann so bemessen sein, dass sie einen axialen Abstand zwischen dem Rotor 12 und der Rotorplatte 16 definiert und außerdem, zusammen mit der Größe der Kontaktstücke, den axialen Abstand der Permanentmagnete 14 innerhalb des Rotors 12 steuert. Die Rotorplatte 16 kann aus einem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten (Coefficient of Thermal Expansion, CTE) hergestellt sein, der dem von Stahl ähnlich ist. Eine eisenhaltige Rotorplatte ist möglicherweise nicht wünschenswert, da sie die magnetische Leistung verringern und die Eisenverluste im Rotor erhöhen kann. Die Rotorplatte 16 könnte zum Beispiel aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff oder einem anderen Kunststoffmaterial ausgebildet sein. Die Verwendung bestimmter Metalle funktioniert möglicherweise infolge eines erhöhten oder inkompatiblen CTE nicht gut.
Als Teil des Zusammenbaus des Rotors 12 mit der Rotorplatte 16 kann die Platte 16 auf ihrer Seite liegend ausgerichtet werden, dass die Rotorkontaktstücke 36 und die äußere Lippe 40 nach oben gerichtet sind. Der Rotor 12 kann dann oben auf den Rotorkontaktstücken 36 angeordnet werden, so dass die radiale Fläche 38 des Rotors die Kontaktstücke 36 berührt. Danach kann ein Klebstoff, wie etwa Epoxidkleber, auf eine gegenüberliegende radiale Fläche 42 des Rotors 12 aufgebracht werden, so dass der Klebstoff durch die Permanentmagnete 14 und die Schlitze 28 nach unten zur darunter befindlichen Rotorplatte 16 fließt. Die äußere Lippe 40 kann helfen, den Klebstoff zwischen der radialen Fläche 38 des Rotors 12 und der Rotorplatte 16 zurückzuhalten, und dadurch das Austreten von überschüssigem Klebstoff verhindern. Der Klebstoff kann zunächst, wenn er beginnt, sich von der gegenüberliegenden radialen Fläche 42 des Rotors 12 nach unten zu bewegen, in einem weniger viskosen Zustand vorliegen und leicht durch die Rotorschlitze 28 und die Magnete 14 fließen; während er sich durch die Anordnung 10 zur radialen Fläche 38 bewegt, kann der Klebstoff jedoch abkühlen und viskoser werden, was seinen Fluss verlangsamt. Die Motorwelle 18 des Elektromotors kann in den Innendurchmesser 22 der Platten 20 eingepresst werden, und der Rotor 12 und die Rotoranordnung 10 können in den Elektromotor integriert werden.
Die Rotoranordnung 10 kann mit Elektromotoren in vielfältigen Umgebungen und Anwendungen verwendet werden. Bei einer Implementierung kann die Rotoranordnung 10 in einem Elektromotor enthalten sein, der zur Steuerung eines Nockenwellenverstellers verwendet wird. Der Nockenwellenversteller kann die Winkelposition einer Nockenwelle relativ zu einer Winkelposition einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine steuern. Der Elektromotor kann die Phase der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle regulieren, indem er ein mechanisches Getriebe des Nockenwellenverstellers über eine Abtriebswelle des Elektromotors entsprechend einem empfangenen Motorsteuersignal antreibt. Der Elektromotor kann mit einer Vielzahl unterschiedlicher Nockenwellensteller verwendet werden, bei denen der Elektromotor rotiert, um die Phase aufrechtzuerhalten, wie etwa dem Nockenwellensteller mit Planetengetriebe mit geteiltem Hohlrad, der in der US-Patentanmeldung-Offenlegungsschrift Nr. 2015/0315939 beschrieben ist, deren Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist.
Es versteht sich, dass das Vorstehende eine Beschreibung einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung ist. Die Erfindung ist nicht auf die hierin offenbarte(n) spezielle(n) Ausführungsform(en) beschränkt, sondern wird vielmehr allein durch die nachstehenden Ansprüche definiert. Weiterhin beziehen sich die in der vorstehenden Beschreibung enthaltenen Aussagen auf spezielle Ausführungsformen und sind nicht als Einschränkungen des Rahmens der Erfindung oder der Definition der in den Ansprüchen verwendeten Begriffe auszulegen, sofern ein Begriff oder Ausdruck nicht ausdrücklich oben definiert ist. Verschiedene andere Ausführungsformen und verschiedene Änderungen und Modifikationen der offenbarten Ausführungsform(en) werden für den Fachmann offensichtlich sein. Es ist beabsichtigt, dass alle derartigen anderen Ausführungsformen, Änderungen und Modifikationen in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen.
Die Ausdrücke „z. B.“, „zum Beispiel“, „wie etwa“ und „wie“ sowie die Verben „umfassen“, „haben“, „aufweisen“ und ihre anderen Verbformen, wie sie in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendet werden, sind, wenn sie in Verbindung mit einer Auflistung einer oder mehrerer Komponenten oder anderer Elemente verwendet werden, jeweils als „mit offenem Ende“ auszulegen, was bedeutet, dass die Auflistung nicht als andere, zusätzliche Komponenten oder Elemente ausschließend zu betrachten ist. Andere Begriffe sind entsprechend ihrer weitesten sinnvollen Bedeutung auszulegen, sofern sie nicht in einem Kontext verwendet werden, der eine andere Interpretation erfordert.
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

US 2015/0315939 [0011]

Claims

Rotoranordnung, die in einem Elektromotor verwendet wird, umfassend: einen Rotor mit einem Innendurchmesser, einem Außendurchmesser und mehreren Rotorschlitzen; mehrere Permanentmagnete, die in den Rotorschlitzen aufgenommen sind; und eine Rotorplatte mit einem Innendurchmesser, einem Außendurchmesser und einer äußeren Lippe, die sich von einer radialen Fläche der Rotorplatte weg in Richtung des Rotors erstreckt, wobei ein Klebstoff die Rotorplatte an eine radiale Fläche des Rotors klebt.
Rotoranordnung nach Anspruch 1, welche ferner mehrere Rotorkontaktstücke auf der radialen Fläche der Rotorplatte umfasst, welche den Rotor berühren.
Rotoranordnung nach Anspruch 2, wobei die mehreren Rotorkontaktstücke selektiv die Permanentmagnete und den Rotor berühren.
Rotoranordnung nach Anspruch 2, wobei die mehreren Rotorkontaktstücke alle Permanentmagnete und den Rotor berühren.
Rotoranordnung nach Anspruch 2, wobei die mehreren Rotorkontaktstücke alle Permanentmagnete unabhängig von der relativen Winkelposition des Rotors bezüglich der Rotorplatte berühren.
Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Rotor mehrere Blechlamellen umfasst.
Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welche ferner einen Elektromotor umfasst, der mit einem Nockenwellenversteller gekoppelt ist.
Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welche ferner eine Motorwelle umfasst, die mit Presspassung in den Rotor eingesetzt ist.
Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Rotor vor der Aufbringung des Klebstoffs, welcher die Rotorplatte mit dem Rotor verbindet, eine leichte axiale Bewegung der Permanentmagnete ermöglicht.
Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Rotoranordnung aus einer Rotorplatte besteht.
Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Rotorplatte aus glasfaserverstärktem Kunststoff besteht.
Verfahren zum Zusammenbau einer Rotoranordnung, welches die Schritte umfasst: (a) Ausrichten einer Rotorplatte auf einer Seite liegend, so dass Rotorkontaktstücke und eine äußere Lippe von der Rotorplatte nach oben zeigen; (b) Anordnen eines Rotors oben auf den Rotorkontaktstücken, so dass eine radiale Fläche des Rotors die Rotorkontaktstücke berührt; und (c) Aufbringen eines Klebstoffs auf eine gegenüberliegende radiale Fläche des Rotors, so dass der Klebstoff durch Rotorschlitze des Rotors in Richtung der Rotorplatte fließt, jedoch von der äußeren Lippe zurückgehalten wird, wodurch die Rotorplatte mit dem Rotor verklebt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Klebstoff Epoxid ist.
Verfahren nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, welches ferner den Schritt des Einpressens einer Motorwelle in den Rotor umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, welches ferner den Schritt des Aufbringens einer anfänglichen Menge Klebstoff umfasst.