DE112009000856T5

DE112009000856T5 - Rotoranordnung mit Sintermagnetkernbaugruppe

Info

Publication number: DE112009000856T5
Application number: DE112009000856T
Authority: DE
Inventors: Tim Rochester Hills Wade
Original assignee: Cooper Standard Automotive Inc
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2008-04-11
Filing date: 2009-04-10
Publication date: 2011-05-12
Anticipated expiration: 2029-04-11
Also published as: US20110025159A1; WO2009126853A2; DE112009000856B4; WO2009126853A3

Abstract

Rotoranordnung für einen Elektromotor, mit:
einer Antriebseinheit,
einem Napf, in dem ein Teil der Antriebseinheit aufgenommen ist, und
einer zwischen der Antriebseinheit und dem Napf aufgenommenen Magnetkernbaugruppe, wobei die Magnetkernbaugruppe zwischen der Antriebseinheit und dem Napf hermetisch verschlossen ist.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 11. April 2008 eingereichten provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 61/044,175.
Hintergrund der Erfindung
Diese Offenbarung betrifft allgemein einen Elektromotor und insbesondere eine Rotoranordnung für einen Elektromotor, die eine Sintermagnetkernbaugruppe aufweist.
Elektromotoren unterstützen den Betrieb von Pumpenaggregaten, elektronischen Vorrichtungen und verschiedenen anderen Geräten. Elektromotoren weisen üblicherweise eine Rotoranordnung und eine Statoranordnung auf, die die Rotoranordnung teilweise umgibt. Die Rotoranordnung und die Statoranordnung wirken zusammen, um zum Antreiben einer Vorrichtung eine Welle zu drehen.
Beispielsweise weist die Rotoranordnung bei Elektromotoren, die zum Antreiben eines Pumpenaggregats verwendet werden, ein Flügelrad und eine Magnetkernbaugruppe auf, die das Flügelrad dreht, um das Pumpenaggregat anzutreiben. Bei manchen elektromotorisch angetriebenen Pumpenaggregaten werden geformte Magnete in der Magnetkernbaugruppe verwendet.
Andere Elektromotoren weisen Rotoranordnungen mit Sintermagneten an Stelle von geformten Magneten auf. Die Sintermagnetkernbaugruppe weist üblicherweise mehrere Magnete auf, die festgeklebt sind. Sintermagnetkernbaugruppen können auch ein Glasfaserband aufweisen, das um den Außendurchmesser der Sintermagnetkernbaugruppe angebracht wird, um die Magnete in Position zu halten.
Zusammenfassung der Offenbarung
Eine Rotoranordnung für einen Elektromotor weist eine Antriebseinheit, einen Napf, in dem ein Teil der Antriebseinheit aufgenommen ist, und eine zwischen der Antriebseinheit und dem Napf aufgenommene Magnetkernbaugruppe auf. Die Magnetkernbaugruppe ist zwischen dem Flügelrad und dem Napf hermetisch verschlossen.
Ein Elektromotor weist ein Motorgehäuse, eine Statoranordnung, in der ein Teil des Motorgehäuses aufgenommen ist, und eine Rotoranordnung auf, die von einem Teil des Motorgehäuses aufgenommen ist. Die Rotoranordnung weist einen Napf, eine Antriebseinheit und eine zwischen dem Napf und der Antriebseinheit hermetisch verschlossene Magnetkernbaugruppe auf.
Bei einem Verfahren zur Schaffung einer Rotoranordnung, die eine Antriebseinheit, einen Napf und eine Magnetkernbaugruppe für einen Elektromotor aufweist, wird die Magnetkernbaugruppe zwischen dem Napf und der Antriebseinheit hermetisch verschlossen. Die Magnetkernbaugruppe wird anschließend an den Schritt, bei dem die Magnetkernbaugruppe hermetisch verschlossen wird, magnetisiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die verschiedenen Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung ergeben sich für den Fachmann aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung. Die Zeichnungen, die der ausführlichen Beschreibung beigefügt sind, können kurz wie folgt beschrieben werden.
1A zeigt eine Explosionsansicht eines beispielhaften Elektromotors;
1B zeigt eine weitere Explosionsansicht des beispielhaften Elektromotors aus 1A;
2A zeigt eine Perspektivansicht einer beispielhaften Rotoranordnung des in der 2A dargestellten Elektromotors;
2B zeigt eine Querschnittansicht der in der 2A dargestellten beispielhaften Rotoranordnung;
2C zeigt eine Montageansicht der in der 2A dargestellten beispielhaften Rotoranordnung;
3 zeigt einen beispielhaften Sintermagnet einer Magnetkernbaugruppe der in den 2A bis 2C dargestellten Rotoranordnung; und
4 zeigt eine weitere beispielhafte Rotoranordnung zur Verwendung mit einem Elektromotor.
Ausführliche Beschreibung der offenbarten Ausführungsform
In den 1A und 1B ist ein beispielhafter Elektromotor 10 dargestellt. In einem Beispiel handelt es sich bei dem Elektromotor 10 um einen bürstenlosen Gleichstrommotor (BLDC). Es versteht sich, dass die verschiedenen in dieser Offenbarung beschriebenen Darstellungen und Beispiele nicht auf einen bestimmten Motor beschränkt sind. Diese Offenbarung lässt sich also auf jede Art Elektromotor anwenden.
Der Elektromotor 10 weist eine Rotoranordnung 12, eine Statoranordnung 14 und ein Motorgehäuse 15 auf. Die Rotoranordnung 12 ist vom Motorgehäuse 15 aufgenommen. Bei diesem Beispiel erstreckt sich eine Welle 13 durch einen Durchgang 17 der Rotoranordnung 12 zur Aufnahme der Rotoranordnung 12. Die Statoranordnung 14 nimmt das Motorgehäuse 15 auf einer der Rotoranordnung 12 entgegengesetzten Seite des Motorgehäuses 15 auf und umgibt es teilweise. Beispielsweise ist ein Flansch 19 des Motorgehäuses 15 in einer entsprechenden Ausnehmung 21 der Statoranordnung 14 aufgenommen. Das Motorgehäuse 15 isoliert die Elektronik des Elektromotors 10 gegenüber Fluid wie etwa Kühlmittel.
Der Elektromotor 10 läuft auf bekannte Weise und lässt sich zur Verwendung in verschiedenen elektronischen Vorrichtungen anwenden. Zum Beispiel kann der Elektromotor 10 zum Antreiben eines, Pumpenaggregats betrieben werden. Die verschiedenen Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung werden zwar mit Bezug auf ein Pumpenaggregat beschrieben, es versteht sich jedoch, dass der Elektromotor 10 zur Verwendung mit einer beliebigen Vorrichtung betrieben werden kann.
In den 2A bis 2C ist eine beispielhafte Rotoranordnung 12 zur Verwendung in dem Elektromotor 10 dargestellt. Die Rotoranordnung 12 weist eine Antriebseinheit 23 wie etwa ein Flügelrad 16, einen Napf 18 und eine Magnetkernbaugruppe 20 auf. Bei einem Beispiel sind das Flügelrad 16 und der Napf 18 Kunststoffteile. Der Fachmann, der sich diese Offenbarung zunutze macht, ist in der Lage, für das Flügelrad 16 und den Napf 18 ein geeignetes Material zu wählen.
Die Magnetkernbaugruppe 20 ist zwischen dem Napf 18 und dem Flügelrad 16 hermetisch verschlossen, wie unten weiter erläutert wird. Die Magnetkernbaugruppe 20 dreht das Flügelrad 16, um beispielsweise ein Pumpenaggregat anzutreiben. Das Flügelrad 16 weist mehrere Flügel 25 auf, die innerhalb eines Pumpenaggregats ein Fluid wie etwa Kühlmittel pumpen.
Das Flügelrad 16 weist ferner einen ersten Flansch 22 auf, der zur Montage der Rotoranordnung 12 teilweise in einer Öffnung 24 des Napfes 18 aufgenommen ist. Die Öffnung 24 erstreckt sich zwischen einem Innenzylinder 26 und einem Außenzylinder 28 des Napfes 18. Bei diesem Beispiel erstreckt sich der Außenzylinder 28 gegenüber dem Innenzylinder 26 radial außen. Das Flügelrad 16 weist auch einen zweiten Flansch 27 auf, der innerhalb des Innenzylinders 26 des Napfes 18 aufgenommen ist. Die Magnetkernbaugruppe 20 ist in der Öffnung 24 aufgenommen und teilweise zwischen dem Napf 18 und dem Flügelrad 16 angeordnet.
Das Flügelrad 16 ist so am Napf 18 befestigt, dass eine Abdichtung gegenüber der Umgebung geschaffen wird, die die Magnetkernbaugruppe 20 vor Kühlmittel und anderen scharfen Fluiden schützt, die in einem Pumpenaggregat gefördert werden. Bei einem Beispiel werden das Flügelrad 16 und der Napf 18 in einem Reibschweißvorgang aneinandergefügt. Bei einem Reibschweißvorgang werden die beiden einzelnen Teile von einer Halterung aufgenommen und relativ zueinander gedreht. Durch die Relativdrehung entsteht Wärme und Reibung zwischen den beiden Teilen. Durch die Wärme und die Reibung werden die Kunststoffteile miteinander verschmolzen und das Flügelrad 16 und der Napf 18 zusammengefügt. Bei einem anderen Beispiel werden das Flügelrad 16 und der Napf 18 in einem Ultraschallbefestigungsverfahren miteinander verbunden. Es versteht sich, dass zum Zusammenfügen des Flügelrades 16 und des Napfes 18 jedes Befestigungsverfahren eingesetzt werden kann.
An einer Grenzfläche zwischen dem Flügelrad 16 und dem Napf 18 sind mehrere Verbindungsstellen 30 gebildet. In diesem Beispiel sind die Verbindungsstellen 30 an der Grenzfläche zwischen dem Flansch 22 des Flügelrades 16 und jeweils dem Innenzylinder 26 und dem Außenzylinder 28 des Napfes 18 vorgesehen (in 2B sind vier Verbindungsstellen 30 dargestellt). Der Flansch 22 des Flügelrades 16 weist mehrere Positionierungsblätter 32 auf, die die Magnetkernbaugruppe 20 bei der Montage in einer vertikalen Richtung VD arretieren.
Die Magnetkernbaugruppe 20 weist mehrere Magnete 36 auf (siehe 2C). In einem Beispiel handelt es sich bei den Magneten 36 um Sintermagnete. Die Sintermagnete 36 sind durch Formpressen metallischer Teilchen unter Bildung einer kohärenten Masse gebildet. Jeder Magnet 36 ist angrenzend an einen anderen Magneten 36 mit entgegengesetzter Polarität angeordnet. Bei diesem Beispiel weist die Magnetkernbaugruppe 20 zehn Magnete 36 auf. Die tatsächliche Anzahl, Größe und Form der Magnete 36 ist jedoch je nach konstruktionsspezifischen Parametern unterschiedlich, zu denen unter anderem das Drehmoment und der Leistungsbedarf des Elektromotors 10 gehören. Der Fachmann, der sich diese Offenbarung zunutze macht, ist in der Lage, bei jeder Anwendung eine geeignete Anzahl Magnete zur zufriedenstellenden Verwendung der Magnetkernbaugruppe 20 zu wählen.
Die Magnetkernbaugruppe 20 wird in der Öffnung 24 des Napfes 18 aufgenommen, bevor das Flügelrad 16 und der Napf 18 zusammengefügt werden. Die Magnetkernbaugruppe 20 wird also zwischen dem Flügelrad 16 und dem Napf 18 aufgenommen und zwischen diesen hermetisch verschlossen. Anschließend an das hermetische Verschließen des Flügelrades 16 relativ zum Napf 18 wird die Magnetkernbaugruppe 20 magnetisiert. Der Napf 18 weist mehrere Öffnungen 38 auf, die einen Zugang zu den Magneten 36 der Magnetkernbaugruppe 20 schaffen, um die Magnetkernbaugruppe 20 anschließend an die Montage der Rotoranordnung 12 zu magnetisieren (siehe 2B). Die Öffnungen 38 können durch einen Bodenabschnitt 51 des Napfes 18, eine Seitenwand 53 des Napfes 18 oder sowohl durch den Bodenabschnitt 51 als auch durch die Seitenwand 53 des Napfes 18 hindurch ausgebildet sein.
Der Napf 18 bildet ferner einen flachen Abschnitt 55 (siehe 2B), der sich zwischen dem Innenzylinder 26 und dem Außenzylinder 28 erstreckt. Der flache Abschnitt 55 trägt die Magnetkernbaugruppe 20 an einem Ende der Magnetkernbaugruppe 20, das dem Abschnitt der Magnetkernbaugruppe 20, der mit den Positionierungsblättern 32 des Flansches 22 des Flügelrades 16 in Anlage ist, entgegengesetzt ist. Der flache Abschnitt 55 gibt eine Höhe H der Magnetkernbaugruppe 20 relativ zum Bodenabschnitt 51 des Napfes 18 vor und arretiert die Magnetkernbaugruppe 20 in Verbindung mit den Positionierungsblättern 32 bei der Montage in einer vertikalen Richtung VD.
In 3 ist ein beispielhafter Sintermagnet 36 der Magnetkernbaugruppe 20 dargestellt. Bei einem Beispiel ist der Sintermagnet 36 insgesamt brotlaibförmig. Die tatsächliche Form jedes Magneten 36 hängt jedoch zum Beispiel von der Ausführung und Form der Öffnung 24 und des Napfes 18 ab.
Bei einem Beispiel sind die Magnete 36 gesintert und enthalten Neodym, das zu Blöcken geformt und mittels eines Funkenerosionsvorgangs in Stücke geschnitten wird. Bei einem noch weiteren Beispiel sind die Magnete aus NdFeB-Verbindungen gebildet. Die Magnete 36 werden zum Beispiel in einem Formpressvorgang aus metallischen Teilchen gebildet.
In der 4 ist eine weitere beispielhafte Rotoranordnung 112 dargestellt, die eine Antriebseinheit 123 aufweist, die kein Flügelrad 16 aufweist. Stattdessen weist die Rotoranordnung 112 eine Welle 200 auf, die zum Beispiel zum Antreiben einer Vorrichtung angetrieben wird. In dieser Offenbarung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gegebenenfalls gleiche Elemente, und um 100 oder Vielfache davon erhöhte Bezugszeichen bezeichnen modifizierte Elemente. Es sollte klar sein, dass die modifizierten Elemente, sofern nicht anders angegeben, die gleichen Merkmale und Vorteile wie die entsprechenden ursprünglichen Elemente beinhalten. Die verschiedenen bezüglich der Rotoranordnung 12 oben angegebenen Merkmale und Vorteile, zu denen unter anderem der Napf 18, die Magnetkernbaugruppe 20 und die Sintermagnete 36 gehören, lassen sich gleichermaßen auf die Rotoranordnung 112 anwenden.
Die vorstehende Beschreibung ist als veranschaulichend und nicht in einem einschränkenden Sinne auszulegen. Dem Fachmann, für den diese Offenbarung von Vorteil ist, ist es klar, dass bestimmte Änderungen innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung liegen. Aus diesen Gründen sollten die nachstehenden Ansprüche studiert werden, um den wahren Umfang und Inhalt dieser Offenbarung zu ermitteln.
Zusammenfassung
Eine Rotoranordnung für einen Elektromotor weist eine Antriebseinheit, einen Napf, in dem ein Teil der Antriebseinheit aufgenommen ist, und eine zwischen der Antriebseinheit und dem Napf aufgenommene Magnetkernbaugruppe auf. Die Magnetkernbaugruppe ist zwischen der Antriebseinheit und dem Napf hermetisch verschlossen.

Claims

Rotoranordnung für einen Elektromotor, mit: einer Antriebseinheit, einem Napf, in dem ein Teil der Antriebseinheit aufgenommen ist, und einer zwischen der Antriebseinheit und dem Napf aufgenommenen Magnetkernbaugruppe, wobei die Magnetkernbaugruppe zwischen der Antriebseinheit und dem Napf hermetisch verschlossen ist.
Rotoranordnung nach Anspruch 1, bei der die Antriebseinheit ein Flügelrad aufweist.
Rotoranordnung nach Anspruch 1, bei der die Antriebseinheit eine Welle aufweist.
Rotoranordnung nach Anspruch 1, bei der die Magnetkernbaugruppe mehrere Sintermagnete aufweist.
Rotoranordnung nach Anspruch 4, bei der die mehreren Sintermagnete allgemein brotlaibförmig sind.
Elektromotor, mit: einem Motorgehäuse, einer Statoranordnung, in der ein Teil des Motorgehäuses aufgenommen ist, und einer Rotoranordnung, die von einem Teil des Motorgehäuses aufgenommen ist, wobei die Rotoranordnung einen Napf, eine Antriebseinheit und eine zwischen dem Napf und der Antriebseinheit hermetisch verschlossene Magnetkernbaugruppe aufweist.
Elektromotor nach Anspruch 6, bei dem der Napf einen Innenzylinder und einen Außenzylinder aufweist, der bezüglich des Innenzylinders radial außen gelegen ist.
Elektromotor nach Anspruch 7, bei dem sich zwischen dem Innenzylinder und dem Außenzylinder eine Öffnung erstreckt und die Magnetkernbaugruppe in der Öffnung aufgenommen ist.
Elektromotor nach Anspruch 7, bei dem der Napf einen flachen Abschnitt aufweist, der sich an einem Ende des Napfes, der dem entgegengesetzt ist, in welchem die Antriebseinheit aufgenommen ist, zwischen dem Innenzylinder und dem Außenzylinder erstreckt.
Elektromotor nach Anspruch 6, bei dem die Magnetkernbaugruppe mehrere Sintermagnete aufweist.
Verfahren zur Schaffung einer Rotoranordnung, die eine Antriebseinheit, einen Napf und eine Magnetkernbaugruppe für einen Elektromotor aufweist, mit den folgenden Schritten: a) die Magnetkernbaugruppe wird zwischen dem Napf und der Antriebseinheit hermetisch verschlossen, und b) die Magnetkernbaugruppe wird anschließend an den Schritt, bei dem die Magnetkernbaugruppe hermetisch verschlossen wird, magnetisiert.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem: c) Öffnungen durch den Napf geschaffen werden, um zur Magnetisierung der Magnetkernbaugruppe einen Zugang zur Magnetkernbaugruppe zu schaffen.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Magnetkernbaugruppe mehrere Sintermagnete aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, mit dem Schritt, bei dem: c) jeder der mehreren Sintermagnete allgemein brotlaibförmig ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem in Schritt a): der Napf und die Antriebseinheit reibgeschweißt werden, um den hermetischen Verschluss zu schaffen.