DE10302084A1

DE10302084A1 - Rotormodul für einen elektromotorischen Antrieb

Info

Publication number: DE10302084A1
Application number: DE10302084A
Authority: DE
Inventors: Nabil Henein; Helmut Weis; Johann Jungbecker
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2004-05-13

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotormodul 1 für einen elektromotorischen Antrieb, mit einem zylindrischen Träger 2 zur stabilen Anordnung von Permanentmagneten 3, 4. DOLLAR A Zur Vermeidung einer umfangreichen spanenden Bearbeitung zur Herstellung eines definierten Rotordurchmessers wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Träger 2 aus mehreren Bauteilen unter Verwendung von wenigstens einem Kunststoffträgerteil 6 besteht, welches die Permanentmagneten 3, 4 arretiert. Das Kunststoffträgerteil 6 erlaubt dadurch eine abschließende Fixierung der Permanentmagnete 3, 4 des Rotors unter gleichzeitiger Darstellung des erforderlichen Rotordurchmessers. DOLLAR A Ein Verfahren zur Herstellung des Rotormoduls 1 ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rotormodul für einen elektromotorischen Antrieb, mit einem zylindrischen Träger zur stabilen Anordnung von Permanentmagneten.
Grundsätzlich wird ein Träger mit den erforderlichen Permantmagneten bestückt und einer spanenden Nachbearbeitung unterzogen, um den gewünschten Rotordurchmesser in Relation zu dem vorgesehenen Statordurchmesser unter Minimierung eines Luftspaltes zwischen den benachbarten Teilen herzustellen. Denn der vorhandene Luftspalt hemmt den magnetischen Fluss und damit den Wirkungsgrad des Antriebs. Die mechanische Nacharbeit wird als nachteilig angesehen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotor sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren anzugeben, um umfangreiche spanende Nacharbeit unter gleichzeitiger Minimierung des Luftspaltes zu vermeiden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem ein Träger vorgeschlagen wird, welcher aus mehreren Bauteilen unter Verwendung von wenigstens einem Kunststoffträgerteil besteht. Das Kunststoffträgerteil erlaubt eine Arretierung der Permanentmagneten in der gewünschten Ausrichtung sowie eine zunächst vorläufige wie auch abschließende Fixierung des Rotors mit dem erforderlichen Rotordurchmesser. Eine spanende Nachbearbeitung zur Herstellung eines definierten Rotoraußendurchmessers entfällt. Durch die Verwendung von Kunststoffwerkstoff bleibt das Massenträgheitsmoment des Rotors gering.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Träger ein einfach durch Austrennen herstellbares metallisches Tragteil auf, welches zu einer Versteifung des Kunststoffwerkstoffes beiträgt.
Das metallische Tragteil ist besonders einfach und kostengünstig aus dünnem und in eine Zylinderform gebogenem Blechwerkstoff herstellbar.
Die Enden des metallischen Tragteiles werden vorzugsweise formschlüssig miteinander verbunden, wobei der Formschluss ein gewisses Spiel erlaubt, um eine Durchmesserreduzierung oder Durchmesservergrößerung – mit anderen Worten eine Justierung – zu ermöglichen. Zwecks Formschluss können die Enden miteinander verzahnt sein.
Wenn das metallische Tragteil auskragende Bereiche, insbesondere regelmäßige Profilierungen aufweist, können diese zur Verankerung in dem Kunststoffträgerteil dienen.
Die Permanentmagnete werden unmittelbar oder unter Zwischenlage einer Haftvermittlungsschicht auf dem metallischen Tragteil angeordnet. Die Haftvermittlungsschicht hat den Vorteil, dass eine gewisse vorläufige Arretierung der Permanentmagnete gegeben ist.
Wenn das Kunststoffträgerteil und das metallische Tragteil sowie die Permanentmagneten mittels Kunststoffwerkstoff zu einem eigenständig handhabbaren Rotormodul miteinander verbunden sind, lässt sich dieses einfach handhaben und in ei ne Stator einsetzen. Vorzugsweise weist das Rotormodul ein festes Abtriebsmittel in Gestalt einer Verzahnung auf. Die Verzahlung kann aus metallischem Werkstoff bestehen und als Einlegeteil für den Kunststoffwerkstoff aufgebildet sein, so dass eine gesonderte Befestigung entfällt. Als Abtriebsmittel kommt grundsätzlich auch ein Exzenter zum Antrieb einer Pumpe in Betracht. In Erweiterung des Rotormoduls auf weitere Bauteile können Lagermittel mit Hilfe von Befestigungsmitteln lösbar an dem Rotormodul angeordnet sein. Zur Vermeidung gesonderter Befestigungsmittel können die Befestigungsmittel als federnde Rastarme des Kunststoffwerkstoffes ausgebildet sein, wobei die Rastarme formschlüssig an den Lagermitteln angreifen.
Um eine Interaktion des Rotors mit einem Sensor, insbesondere einem Drehzahlsensor zu ermöglichen, ist ein magnetisches Geberelement vorgesehen, welches zumindest teilweise in den Kunststoffwerkstoff eingebettet ist.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors besteht darin, dass ein metallisches Tragteil aus flachem Blechwerkstoff ausgetrennt wird, dass der metallische Tragteil in eine Zylinderform gebogen wird, dass das Tragteil zusammen mit Permanentmagneten in eine Form eingebracht, und zur Bildung eines eigenständig handhabbaren Rotormoduls mit Kunststoffwerkstoff umspritzt wird, so dass die Permanentmagneten dauerhaft an dem Rotor befestigt sind. Erfindungsgemäß erfolgt die Umspritzung mehrerer Bauteil wie Permanentmagneten und Träger in einer Form.
Weiter vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus Unteransprüchen im Zusammenhang mit der Beschreibung anhand der Zeichnung hervor. In der Zeichnung zeigt:
1 ein Rotormodul im Halbschnitt,
2 ein metallisches Tragteil,
3a-c perspektivische Ansichten zur Verdeutlichung von Montage- und Herstellungsschritten, und
4 ein Rotormodul mit Sensorik zur Dreherfassung
Aus der 1 geht ein Rotormodul 1 hervor, welches an einem zylindrischen Träger 2 im Abstand zueinander angeordnete Permanentmagnete 3,4 sowie ein metallisches Tragteil 5, ein Kunststoffträgerteil 6, ein Abtriebsmittel 7 in Gestalt eines Zahnrades sowie Lagermittel 8,9 aufweist, und wobei die genannten Bauteile zu einer eigenständig handhabbaren Einheit verbunden sind. Zur Verdeutlichung von Einzelheiten sind die Lagermittel 8,9 in einer abgezogenen Position dargestellt. Zur lösbaren, kunststoffträgerteilseitigen Befestigung derselben dienen Befestigungsmittel 10,11 in Gestalt von federnden Rastarmen 12,13, welche am Umfang versetzt zueinander angeordnet sind, und mit Rastnasen 14,15 formschlüssig an den Lagermitteln 8,9 angreifen. Zwischen den Rastarmen 12,13 befinden sich Abschnitte 16,17 ohne Befestigungsmittel 10,11 auf denen jeweils ein innerer Lagerring aufsitzt. Wie zu ersehen ist, sind das metallische Tragteil 5 und das Abtriebsmittel 7 teilweise und die Permanentmagnete 3,4 vollständig in dem Kunststoffwerkstoff des Kunststoffträgerteils 6 aufgenommen. Ein die Halterung verbessernder formschlussartiger Verguss der genannten Bauteile mit Hilfe von – an dem Einlegeteil angeordneter Verzahnung oder Hinterschneidung – ist möglich.
Einzelheiten des metallischen Tragteiles 5 gehen aus der 2 hervor. Es ist aus streifenförmigem dünnem Blechwerkstoff ausgetrennt, insbesondere gestanzt oder lasergeschnitten und wird in eine Zylinderform gebogen (3a). Hierzu wird nach Möglichkeit ein Rollierverfahren herangezogen. Zur formschlüssigen Befestigung von freien Enden 18,19 aneinander ist an Stirnseiten jeweils eine Verzahnung 20,21 vorgesehen. Im zusammengefügten, das heißt kämmenden Zustand weisen die Verzahnungen 20,21 Spiel auf, so dass eine nachträgliche Durchmesseranpassung möglich ist. Seitlich auskragende, abgekröpfte Bereiche 22,23 mit einer regelmäßigen, laschenartigen Profilierung dienen zur Verankerung in dem Kunststoffträgerteil 6.
4 verdeutlicht ein Rotormodul 1 mit Sensorik 24 zur Dreherfassung. Hierbei weist der Rotor ein magnetisches Geberelement 25 auf, welches mit einem Sensor 26 zusammenwirkt. Das Geberelement 25 wird vollständig oder teilweise in den Kunststoffwerkstoff des Kunststoffträgerteiles 6 eingebettet. Der Sensor 26 befindet sich in einem gesonderten Gehäuse 27, welches den Rotor anhand der Lagermittel drehbar aufnimmt.
Herstellung und Montage des Rotormoduls 1 wird anhand der 3a-c verdeutlicht. Das ausgetrennte metallische Tragteil 5 wird in die Zylinderform gebracht, wobei die Verzahnungen 20,21 eine spielbehaftete mechanische Verriegelung bewirken. An dem Tragteil werden Magnete 3,4 vorläufig befestigt, beispielsweise mittel Verwendung einer Haftvermittlerschicht durch Kleben oder mittels eines separaten, die einzelnen Magnete 3,4 in einer definierten Relativposition zueinander fixierenden Bauteils. Die Magnete 3,4 weisen abschließende Form und Maße auf und erfordern keine spanende Nacharbeit zur Herstellung eines definierten Durchmessers. Das Tragteil 5 wird sodann mit Übermaß in eine Form zur Umspritzung mit Kunststoff eingebracht, wobei die Magnete 3,4 durch das Tragteil 5 zur Anlage an einen, in der Form definierten Durchmesser gebracht werden, der dem gewünschten Durchmesser des Fertigteiles entspricht. Die entsprechende Durchmesseränderung wird innerhalb dem Verzahnungsspiel der Enden 18,19 aufgenommen. Etwaiges Spiel wird durch einfließenden Kunststoffwerkstoff nachträglich beseitigt. Weitere Einlegeteile wie insbesondere ein Abtriebsmittel 7 oder ein Geberelement 25 werden in die Form eingelegt. Sodann werden die genannten Bauteile zur Bildung des Rotormodules 1 vollständig oder teilweise in Kunststoffwerkstoff eingebettet, wobei auch Befestigungsmittel 10,11 für Lagermittel 8,9 ausgebildet werden, welche nachträglich an dem Rotor montiert werden können. Prinzipiell ist es denkbar, zumindest Teile der Lagermittel 8,9 als Einlegeteil in den Kunststoffspritzprozess einzubeziehen.
Der beschriebene Rotor eignet sich insbesondere zum Einsatz bei bürstenlosen, das heißt elektronisch kommutierten elektrischen Maschinen von mechatronischen Systemen, welche in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, und deren Gewicht sowie Trägheitsmoment reduziert werden soll, wie insbesondere Kühlerlüftermotoren, elektromechanische Lenkung, elektromechanische Bremse oder als Antrieb für eine Pumpe eines schlupfgeregelten Bremssystems. Darüber hinaus gehende Einsatzmöglichkeiten sind nicht ausgeschlossen.

1: Rotormodul
2: Träger
3: Träger
3: Permanentmagnet
4: Permanentmagnet
5: Tragteil
6: Kunststoffträgerteil
7: Abtriebsmittel
8: Lagermittel
9: Lagermittel
10: Befestigungsmittel
11: Befestigungsmittel
12: Rastarm
13: Rastarm
14: Rastnase
15: Rastnase
16: Abschnitt
17: Abschnitt
18: Ende
19: Ende
20: Verzahnung
21: Verzahnung
22: Bereich
23: Bereich
24: Sensorik
25: Geberelement
26: Sensor
27: Gehäuse

Claims

Rotormodul für einen elektromotorischen Antrieb, mit einem zylindrischen Träger (2) zur stabilen Anordnung von Permanentmagneten (3,4), dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) aus mehreren Bauteilen unter Verwendung von wenigstens einem Kunststoffträgerteil (6) besteht.
Rotormodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) ein metallisches Tragteil (5) aufweist.
Rotormodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Tragteil (5) aus dünnem und in eine Zylinderform gebogenem Blechwerkstoff besteht.
Rotormodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (18,19) des metallischen Tragteiles (5) formschlüssig miteinander verbunden sind.
Rotormodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (18,19) miteinander verzahnt sind.
Rotormodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Tragteil (5) auskragende Bereiche (22,23), insbesondere regelmäßige Profilierungen zur Verankerung in dem Kunststoffträgerteil (6) aufweist.
Rotormodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagneten (3,4) unmittelbar oder unter Zwischenlage einer Haftvermittlungsschicht auf dem metallischen Tragteil (5) angeordnet sind.
Rotormodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffträgerteil (6) und das metallische Tragteil (5) sowie die Permanentmagneten (3,4) mittels Kunststoffwerkstoff zu einem eigenständig handhabbaren Rotormodul (1) miteinander verbunden sind.
Rotormodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotormodul (1) daran befestigte Abtriebsmittel (7) wie insbesondere eine Verzahnung sowie Lagermittel (8,9) wie insbesondere Wälzlager aufweist.
Rotormodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsmittel (7) in den Kunststoffwerkstoff eingebettet ist, und dass die Lagermittel (8,9) mit Hilfe von Befestigungsmitteln (10,11) lösbar mit dem Rotormodul (1) verbunden sind.
Rotormodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (10,11) als federnde Rastarme (12,13) des Kunststoffwerkstoffes ausgebildet sind, und dass die Rastarme (12,13) formschlüssig an den Lagermitteln (8,9) angreifen.
Rotormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Geberelement (25), insbesondere ein magnetisches Geberelement (25) für einen Sensor (26) vorgesehen, insbesondere zumindest teilweise in den Kunststoffwerkstoff eingebettet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Rotormoduls (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) ein metallisches Tragteil (5) aus flachem Blechwerkstoff ausgetrennt wird, b) das metallische Tragteil (5) in eine Zylinderform gebogen wird, c) das Tragteil (5) zusammen mit Permanentmagneten (3,4) in eine Form eingebracht, und d) zur Bildung eines eigenständig handhabbaren Rotormoduls (1) mit Kunststoffwerkstoff umspritzt wird, so dass e) die Permanentmagneten (3,4) dauerhaft an dem Rotormodul (1) befestigt sind.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagneten (3,4) vor dem Einbringen in die Form mittels einer Haftvermittlerschicht vorläufig an dem metallischen Tragteil (5) befestigt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagneten (3,4) zwecks vorläufiger Ausrichtung zueinander mittels einem Distanzkörper im Abstand zueinander angeordnet, sowie zusammen mit dem metallischen Tragteil (5) in die Form eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abtriebsmittel (7) aus metallischem Werkstoff in die Form eingelegt wird, bevor die Kunststoffumspritzung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das gebildete Rotormodul (1) mit Lagermitteln (8,9) versehen wird.