DE19838659A1 - Elektromotor und Verwendung eines Elektromotors - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem mehrere einzelne, voneinander getrennte, permanentmagnetische Magnetschalen aufweisenden Rotor, wobei die Magnetschalen auf einem Rotorkern angeordnet sind, der dadurch gekennzeichnet ist, daß über der äußeren Oberfläche der Magnetschalen nichtmagnetische Mittel zum Festsetzen der Magnetschalen auf dem Rotorkern vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem mehrere einzelne, von­ einander getrennte, permanentmagnetische Magnetschalen aufweisenden Rotor, wobei die Magnetschalen auf einem Rotorkern angeordnet sind.

Solche Elektromotoren werden als Innenläufermotoren bezeichnet und sind aus der Praxis bekannt. Die permanentmagnetischen Magnetschalen bilden zusammen mit dem Rotorkern, an den sich zumindest an einer Seite eine Motorwelle anschließt, den Rotor. Beim Herstellen eines solchen Rotors werden die Magnetschalen in geeigneter Weise auf dem Rotorkern befestigt. Dies kann mittels Kraftschluß oder Formschluß geschehen. Da die perma­ nentmagnetischen Magnetschalen in der Regel aus einem kostengünstigen und spröden Material hergestellt sind, weisen diese Magnetschalen nur eine geringe Eigenstabilität auf und neigen darüber hinaus zur Rißbildung. Sind die Magnetschalen beispielsweise auf dem Rotorkern aufgeklebt, kann es vorkommen, daß sich die Magnetschalen im Betrieb aufgrund der Zentrifu­ galkräfte ganz oder teilweise von dem Rotorkern ablösen. Dabei kann es passieren, daß ein magnetischer Kurzschluß zwischen den Magnetschalen entsteht, der das von dem Elektromotor erzeugbare Drehmoment verringert und im schlimmsten Fall der Elektromotor sogar stehenbleibt. Da in der Re­ gel der Rotor von einem Stator konzentrisch umgeben ist, kann es durch die Beschädigung der Magnetschalen im Betrieb auch vorkommen, daß sich ein Teil der Magnetschale oder die gesamte Magnetschale zwischen dem Ro­ torkern beziehungsweise einer weiteren Magnetschale und dem Stator ver­ klemmt, so daß der gesamte Elektromotor blockiert ist und sich die Motor­ welle nicht mehr drehen kann. Dies ist für sich alleine schon betrachtet ein Nachteil, wobei noch als wesentlicher Nachteil dazu kommt, daß eine An­ wendung, die von dem Elektromotor von einem Untersetzungsgetriebe an­ getrieben wird, ebenfalls aufgrund der Untersetzung vollständig blockiert ist und sich daher beim Betrieb einer solchen Anwendung sicherheitskritische Aspekte einstellen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor der ein­ gangs genannten Art so zu gestalten, daß die permanentmagnetischen Ma­ gnetschalen besonders zuverlässig auf dem Rotorkern gehalten sind. Wei­ terhin soll eine vorteilhafte Verwendung eines solchen Elektromotors ge­ schaffen werden.

Der erste Aspekt der Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß sind über der äußeren Oberfläche der Magnetschalen nichtmagnetische Mittel zum Festsetzen der Magnetschalen auf dem Rotor­ kern vorgesehen.

Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß die Magnetschalen selbst dann, wenn sich Risse gebildet haben oder sich ein Teil der Magnetschale oder die ganz Magnetschale durch Zentrifugalkräfte im Betrieb von dem Rotorkern ablösen wollen, diese Teile in ihrer Lage auf dem Rotorkern ge­ halten werden, so daß die Entstehung von magnetischen Kurzschlüssen vermieden wird und sich die Teile auch nicht beim Drehen des Rotors zwi­ schen dem Rotorkern und dem konzentrisch den Rotorkern umgebenden Stator festsetzen und den Elektromotor blockieren können. Dadurch ist in jedem Fall der weitere Betrieb des Elektromotors sichergestellt.

In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung sind die Mittel als die Magnet­ schalen umgebender, umspritzter Kunststoff ausgestaltet. Nach der Montage der Magnetschalen auf dem Rotorkern, insbesondere eine Befestigung mit­ tels Verklebung, wird dieser Rotor zumindest über der äußeren Oberfläche der Magnetschalen mit Kunststoff umspritzt, so daß sich eine konzentrische Umhüllung der Oberfläche der Magnetschalen mit einer Kunststoffschicht ergibt. Dadurch werden die Magnetschalen auf jeden Fall auf dem Rotorkern zuverlässig festgehalten. An dieser Stelle sei noch erwähnt, daß die Um­ spritzung mit Kunststoff sich nicht auf die äußere Oberfläche der Magnet­ schalen beschränken muß, sondern darüber hinaus eine Umspritzung in Richtung des zumindest einen Motorwellenanschlusses des Rotorkerns möglich ist oder auch Zwischenbereiche im Rotorkern mit Kunststoff ausge­ spritzt werden können. Eine Ausspritzung in Längsrichtung von der Stirnseite der Magnetschalen in Richtung der Motorwelle des Rotorkerns hat darüber hinaus den Vorteil, daß sich bei einem umspülten Elektromotor, der insbe­ sondere zum Antrieb einer Kraftstoffpumpe eingesetzt wird, strömungstech­ nische Vorteile ergeben. Diese Umspritzung hat auch noch den Vorteil, daß nach dem Herstellvorgang der äußere Durchmesser der mit Kunststoff um­ spritzten Magnetschalen zum Beispiel durch Abdrehen auf Maß gebracht werden kann.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Mittel als zumindest ein nichtmagne­ tisches, sich zumindest teilweise über die Längserstreckung der Magnet­ schalen erstreckendes Radialband ausgestaltet. Dieses Radialband, das in Längsrichtung über die Magnetschalen übergestriffen und festgesetzt wird, hat die gleiche positive Wirkung wie die Umspritzung mit Kunststoff. Dabei ist die Längserstreckung des Radialbandes, wobei auch mehrere Radialbänder nebeneinander angelegt werden können, so zu wählen, daß dieses zwi­ schen den äußeren Durchmesser der Magnetschalen und den Innendurch­ messer des Stators paßt. Gleiches gilt im übrigen auch bei der Umspritzung mit Kunststoff. Die Längserstreckung des Radialbandes oder der Radialbän­ der ist so zu wählen, daß gewährleistet ist, das im Betrieb sich nur kleinste Teilchen der Magnetschalen lösen können, die nicht zu einem magnetischen Kurzschluß oder zu einem Blockieren des Elektromotors führen würden.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Mittel als Schrumpfschlauch ausge­ bildet. Ein solcher Schrumpfschlauch, der im Ausgangszustand einen be­ stimmten Durchmesser hat, der sich nach Erwärmen verkleinert, ist kosten­ günstig als Meterware erhältlich und kann auf die Länge der Magnetschalen einfach abgeschnitten werden. Auch das Überziehen der Magnetschalen mit dem Schrumpfschlauch und die anschließende Erwärmung ist aus monta­ getechnischer Hinsicht sehr einfach, so daß sehr schnell, sehr kostengünstig und sehr zuverlässig Mittel in Form des Schrumpfschlauches zur Vermei­ dung der eingangs geschilderten Nachteile zur Verfügung stehen. Während es einerseits denkbar ist, daß der Schrumpfschlauch vor der Aufschrump­ fung in Bezug auf die Länge auf Maß gebracht wird, ist es denkbar, ein Stück Schrumpfschlauch mit Übermaß über die Magnetschalen zu schieben, anschließend aufzuschrumpfen und danach abzuschneiden, während es auch denkbar ist, in einen längeren Schlauch mehrere vorbereitete Rotoren einzusetzen, den gesamten Schrumpfschlauch zu schrumpfen und anschlie­ ßend die einzelnen Rotoren aus dem sich ergebenden Gebilde herauszu­ schneiden.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Mittel als ein über die Magnetschalen schiebbares und festsetzbares Schutzrohr ausgebildet. Auch hiermit steht wieder ein Mittel zur Verfügung, mit dem sicher die eingangs geschilderten Nachteile vermieden werden und das darüber hinaus einfach der Herstellung und ebenso einfach in der Montage ist.

Ein solches Schutzrohr ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung im folgen­ den beschrieben und anhand der Zeichnungen erläutert, wobei dieses Aus­ führungsbeispiel jedoch keine Einschränkung darstellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Rotor eines Elektromotors,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Rotors gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Rotor gemäß Fig. 1,

Fig. 4 ein Schutzrohr,

Fig. 5 Einzelheiten und einen Querschnitt des Schutzrohres gemäß Fig. 4.

Fig. 1 zeigt einen Rotor 1 eines Elektromotors, dessen Aufbau an sich be­ kannt ist. An zumindest einer Seite, in Fig. 1 an beiden Seiten gezeigt, be­ findet sich die hier noch nicht bezeichnete Motorwelle, mittels der der Rotor 1 gelagert ist und eine beliebige Anwendung antreiben kann. In Fig. 1 nicht gezeigt ist der Stator, der konzentrisch um den Außenumfang des Rotors 1 angeordnet ist. Der in Fig. 1 gezeigte Elektromotor ist als Innenläufermotor ausgestaltet, wobei sich die Wicklungen im nicht gezeigten Stator befinden. Ein solcher Elektromotor hat den Vorteil, daß er keine störanfälligen Kohle­ bürsten zur Übertragung von elektrischer Energie auf die Wicklungen benö­ tigt, wobei ein weiterer Vorteil dieses Elektromotors darin zu sehen ist, daß sich seine Drehzahl sehr schnell verändern läßt, da der Rotor durch die An­ ordnung der Magnetschalen auf einem kleinen Radius im Zentrum des Ro­ tors eine geringe Massenträgheit aufweist. Dies kann je nach Anwendungs­ fall von besonderem Vorteil sein. Darauf wird später noch eingegangen.

Fig. 2 zeigt den Rotor 1 gemäß Fig. 1 in der Seitenansicht, wobei hier ei­ ne Motorwelle mit der Bezugsziffer 2 versehen ist. Die Motorwelle 2 ist ent­ weder als Stummel an dem Rotor 1 angeordnet, oder durchdringt diesen einstückig. Weiterhin ist in Fig. 2 die Oberfläche von Magnetschalen 3 er­ kennbar. Mit der Bezugsziffer S ist eine Scheibe bezeichnet, die auf der Motorwelle 2, zum Beispiel durch Preßpassung, festgesetzt ist. Diese Schei­ be S ist auf einer Seite oder auf beiden Seiten des Rotors 1 angeordnet und liegt an dessen Seite beziehungsweise Seiten bündig an oder ist mit dieser beziehungsweise diesen verbunden, insbesondere verklebt. Diese Scheibe S hat die Aufgabe, die Stirnseite des Rotors 1 vor Beschädigungen zu schützen. Diese Scheibe S kann auch, zum Beispiel in strömungstechni­ scher Hinsicht, geometrisch (von der Rotorstirnseite abgewandt; eine bei­ spielhafte Form der Scheibe S ist bei Betrachtung der Fig. 2 auf der linken Seite gezeigt) ausgeformt sein, wenn der Elektromotor zum Antrieb einer innen-durchströmten Pumpe eingesetzt wird. Die Scheibe S besteht zum Beispiel aus Kunststoff oder aus einem nicht-ferromagnetischen Material.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt des Rotors 1 gemäß Fig. 1. Zur Verdeutli­ chung des Aufbaus des Rotors 1, der auch in Fig. 2 dargestellt ist, sind die Magnetschalen 3 gezeigt, deren magnetische Polarität sich abwechselt (N: Nord, S: Süd). Diese Magnetschalen 3 sind durch Luftspalte 4 in Längsrich­ tung voneinander magnetisch getrennt. Diese Magnetschalen 3 sind auf ei­ nem Rotorkern 5 aufgebracht, insbesondere aufgeklebt, wobei dieser Rotor­ kern 5 wiederum auf der Motorwelle 2 angeordnet ist oder die Motorwelle 2 an diesem Rotorkern 5 befestigt ist. Die magnetische Ausrichtung des Rotor­ kerns 5 ist in Fig. 3 wiederum durch die Bezugsziffern N und S angegeben. Innerhalb des Rotorkerns 5 sind noch Ausnehmungen 6, die an sich bekannt sind, gezeigt.

Damit steht nun ein Rotor 1 eines Elektromotors zur Verfügung, der in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 den eingangs geschilderten Nachteil hat, das sich aufgrund der Verwendung von kostengünstigen und spröden Ma­ gnetschalen 3 Teile davon oder eine ganze Magnetschale 3 durch Zentrifu­ galkräfte im Betrieb von dem Rotorkern 5 ablösen können.

Fig. 4 zeigt nun ein Schutzrohr 7, das über die Magnetschalen 3 überge­ schoben ist. Dies ist durch die gestrichelte Linie, die die Magnetschalen 3 darstellen soll, angedeutet. Dieses Schutzrohr 7 ist ein einfaches, dünnwan­ diges und aus nichtmagnetischem Material hergestelltes Rohr, wobei der Innendurchmesser des Schutzrohres 7 in einer solchen Art und Weise ge­ ringfügig größer ist als der Außendurchmesser der Magnetschalen 3, damit das Schutzrohr 7 problemlos über die Magnetschalen 3 herübergeschoben werden kann. Bei der Wahl des Innendurchmessers des Schutzrohres 7 ist noch daran zu denken, daß gegebenenfalls auftretende Toleranzen bei dem Außendurchmesser des Rotors 1 berücksichtigt werden. In der Praxis verhält es sich so, daß der Außendurchmesser des Rotors 1 mit den aufgebrachten Magnetschalen 3 nicht überall gleich groß ist. Daher wird an verschiedenen Stellen der Außendurchmesser des Rotors 1 gemessen. Aus diesen gemes­ senen Werten für den Außendurchmesser wird ein durchschnittlicher Wert gebildet, der zur Bestimmung des Innendurchmessers des Schutzrohres 7 herangezogen wird. Insbesondere ist der durchschnittliche Außendurchmes­ ser genauso groß wie der Innendurchmesser. Der durchschnittliche Außen­ durchmesser kann für jeden einzelnen Rotor 1 nach dessen Herstellung be­ stimmt werden. Denkbar ist aber auch, für eine Serie von Rotoren einen ein­ heitlichen durchschnittlichen Innendurchmesser für das Schutzrohr 7 zu be­ stimmen, um nicht unnötig viele Schutzrohre 7 mit den verschiedensten In­ nendurchmessern vorhalten zu müssen.

Das Schutzrohr 7 kann nach dem Aufschieben kraft- oder formschlüssig mit den Magnetschalen 3 verbunden werden, wobei als Beispiel für eine kraft­ schlüssige Verbindung eine Verklebung zu nennen ist. Die Klebemasse füllt dann auch Leerräume zwischen der Oberfläche der Magnetschalen 3 (gege­ benenfalls auch die Luftspalte 4) und der inneren Oberfläche des Schutzroh­ res 7 aus.

In Fig. 4 sind an den Stirnseiten des Schutzrohres 7 noch Kreisausschnitte (Einzelheiten) mit den Bezugsziffern A und B bezeichnet, die auf die Fig. 5 verweisen.

Fig. 5 zeigt in der Mitte oben einen Querschnitt durch das Schutzrohr 7, wodurch noch einmal der äußerst einfache Aufbau angedeutet ist.

In Fig. 5 (linke Seite, unterer Teil) ist das eine stirnseitige Ende des Schutz­ rohres 7 gezeigt, wobei an diesem stirnseitigen Ende eine Bördelung 8 vor­ gesehen ist, die zumindest einen Teil der Stirnseite der Magnetschalen 3 umgreift, wobei die Bördelung 8 auch bis an die Motorwelle 2 heranreichen kann. Die Bördelung 8 hat den Vorteil, daß diese einen Anschlag für die Stirnseite der Magnetschalen 3 bildet, wenn der gesamte Rotor 1 in das Schutzrohr 7 hineingeschoben wird. Damit ist zumindest einseitig , das heißt an der einen Stirnseite, ein Formschluß zur Festsetzung des Schutzrohres 7 auf dem Rotor 1 gegeben.

Im rechten Teil der Fig. 5 ist eine weitere Einzelheit B aus Fig. 4 gezeigt, wobei an der Stirnseite, die abgewandt ist von der die Bördelung 8 aufwei­ senden Stirnseite des Schutzrohres 7, eine Aufweitung 9 des Schutzrohres 7 gezeigt, wobei die Aufweitung 9 den Zweck hat, das Einsetzen des Rotors 1 in das Schutzrohr 7 zu erleichtern. Nachdem die eine Stirnseite der Magnet­ schalen 3 an der Innenseite der Bördelung 8 anliegt, kann die Aufweitung 9 in gleicher Weise wie die Bördelung 8 manuell oder automatisch umgefalzt werden, so daß damit das Schutzrohr 7 unverrückbar auf dem Rotor 1 fest­ gesetzt ist. Somit wird wirksam vermieden, daß sich lösende Teile der Ma­ gnetschalen 3 eine Blockierung des Elektromotors bewirken könnten.

Bei der Bördelung 8 sowie der Aufweitung 9, die nach Montage umgefalzt wird, handelt es sich um eine Möglichkeit, um das Schutzrohr 7 auf den Ma­ gnetschalen 3 festzusetzten. Denkbar sind selbstverständlich auch andere beziehungsweise zusätzliche Maßnahmen des Festsetzens, wie zum Bei­ spiel Verkleben, Verstiften oder dergleichen.

Um nun das Schutzrohr 7 über den Rotor 1 überziehen zu können, wird der Rotor 1 in einer Halterung gehalten und das Schutzrohr 7 mit seiner Aufwei­ tung 9 über den Rotor 1 beziehungsweise über die Magnetschalen 3 ge­ schoben (gepreßt). Hier verhindert das Vorhandensein der Scheibe S, daß die Außenkanten der Magnetschalen 3 beim Aufsetzen und beim anschlie­ ßenden Überziehen unter Druck beschädigt werden. Das Überziehen unter Druck ist dann erforderlich, wenn der Innendurchmesser des Schutzrohres 7 geringfügig kleiner ist als der Außendurchmesser des Rotorkerns 5 mit den aufgebrachten Magnetschalen 3. Nach dem Aufpressen schmiegt sich das Schutzrohr 7 auf der Oberfläche der Magnetschalen 3 an. Daher ist die Wandstärke des Schutzrohres 7 so gewählt, daß es beim Aufpressen die erforderliche Stabilität hat und sich anschließend an die Magnetschalen 3 anschmiegt, ohne zu reißen.

Der zweite Aspekt der Aufgabe, nämlich eine vorteilhafte Verwendung die­ ses Elektromotors, wird erfindungsgemäß gelöst zum Antrieb einer elektri­ schen Lenkhilfe eines Fahrzeuges, insbesondere eines Personenkraftwa­ gens.

Durch die geringe Massenträgheit des Elektromotors reagiert die elektrische Lenkhilfe besonders feinfühlig auf Lenkbewegungen des Fahrers des Fahr­ zeuges. Weiterhin benötigt der Elektromotor bei einem vorgesehenen Drehmoment besonders wenig Bauraum. Die hohe Zuverlässigkeit des Elektromotors, erzielt durch die wirksame Verhinderung des Ablösens der Magnetschalen, trägt zudem zur Betriebssicherheit der Lenkung des Fahr­ zeuges bei, da vermieden ist, daß der Elektromotor die Lenkhilfe blockiert. Dies könnte bei einem Ablösen der Magnetschalen sicherheitsgefährdende Aspekte haben, da bei elektrischen Lenkhilfen der Elektromotor über ein Getriebe untersetzt die Lenksäule antreibt, so daß dann, wenn der Elektro­ motor durch ein Ablösen der Magnetschalen blockiert ist, auch die Lenksäule blockiert ist und sich somit das Fahrzeug nicht mehr lenken läßt. Dieser die Insassen des Fahrzeuges und auch weitere Verkehrsteilnehmer gefährden­ de Aspekt ist mit der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise gelöst.

Bezugszeichenliste

1

Rotor

2

Motorwelle

3

Magnetschalen

4

Luftspalt

5

Rotorkern

6

Ausnehmungen

7

Schutzrohr

8

Bördelung

9

Aufweitung
S Scheibe

Claims (9)

1. Elektromotor mit einem mehrere einzelne, voneinander getrennte, per­ manentmagnetische Magnetschalen (3) aufweisenden Rotor (1), wobei die Magnetschalen (3) auf einen Rotorkern (5) angeordnet sind, da­ durch gekennzeichnet, daß über der äußeren Oberfläche der Magnet­ schalen (3) nichtmagnetische Mittel zum Festsetzten der Magnetscha­ len (3) auf dem Rotorkern (5) vorgesehen sind.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel als die Magnetschalen (3) umgebender, umspritzter Kunststoff ausge­ staltet sind.

3. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel als zumindest ein sich zumindest teilweise über die Längserstreckung der Magnetschalen (3) erstreckendes Radialband ausgebildet sind.

4. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel als Schrumpfschlauch ausgebildet sind.

5. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel als ein über die Magnetschalen (3) schiebbares und festsetzbares Schutzrohr (7) ausgebildet sind.

6. Elektromotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrohr (7) an einer Stirnseite eine Bördelung (8) aufweist.

7. Elektromotor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrohr (7) an einer Stirnseite eine Aufweitung (9) aufweist.

8. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an wenigstens einer Stirnseite des Rotors (1) eine Scheibe (S) angeordnet ist.

9. Verwendung eines Elektromotors nach einem der vorhergehenden An­ sprüche zum Antrieb einer elektrischen Lenkhilfe eines Fahrzeuges, insbesondere eines Personenkraftwagens.