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Die Erfindung betrifft einen verbesserten Rotor für einen Elektromotor.
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Die im Stand der Technik bekannten Rotoren weisen diverse Nachteile auf. So besteht regelmäßig ein Bedürfnis danach den Magnetmaterialanteil zu reduzieren ohne nachteilige Auswirkungen betreffend dem erforderlichen magnetischen Fluss zu haben.
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Daneben kommt es immer wieder vor, dass Magnete (bei Permanentmagnetrotoren) brechen oder Risse bekommen und dann nicht mehr ihre Funktion erfüllen, da sie sich nicht mehr in ihrer bestimmungsgemäßen Position befinden.
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Ein grundsätzlicher Bedarf besteht im Hinblick auf die Erleichterung der Magnetisierung und bei der Erhöhung der Variabilität des magnetischen Flussverlaufs.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, vorbesagte Aspekte zu verbessern und ein neuartiges Konstruktionskonzept für einen in den besagten Eigenschaften optimierten Rotor vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird hierzu ein Rotor für einen Elektromotor (mit der Polpaarzahl p) umfassend einen Trägerkörper in dem eine Rotorblechanordnung aus gestapelten Elektroblechen aufgenommen ist, vorgeschlagen, welche aus jeweils einem im wesentlichen runden zentralen Ringabschnitt mit der Anzahl an p einstückig damit verbundenen flügelartigen Blechsegmenten gebildet sind (somit je Pol ein Blechsegment), wobei zwischen dem Trägerkörper und den jeweiligen Blechsegmenten der Rotorblechanordnung taschenartige Aufnahmeräume ausgebildet sind, zur Aufnahme von Magnetsegmenten (somit je Pol eine Aufnahme für ein Magnetsegment).
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Die Rotorblechanordnung dient als Eisenrückschlusskörper, welcher vorzugsweise in einem Spritzgusswerkzeug mit Kunststoff teilumspritzt wird, so dass entsprechend geformte Aufnahmetaschen gebildet werden, in welche die Magnetsegmente und vorzugsweise auch die Rotorwelle gefügt werden können. Bei diesem Fertigungskonzeptkann auch gleichzeitig sehr kostengünstig eine Kühlflügelgeometrie inklusive einem Wuchtausgleich mit angespritzt werden. Die Kunststoffumspritzung dient hierbei als Fixierung der Magnetsegmente und der Rotorwelle.
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Mit Vorteil ist dabei vorgesehen, dass für die Polpaarzahl p genau p taschenartige Aufnahmeräume ausgebildet sind, die in Umfangsrichtung gleichmäßig zwischen den jeweils p flügelartigen Blechsegmenten ausgebildet sind. Ein Pol setzt sich somit aus einem Elektroblechsegment und einem Magnetsegment (eingebracht in eine taschenförmige Aufnahme) zusammen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Trägerkörper zwei teilzylindermantelförmige Haltesegmente ausbildet, deren Innenfläche (innere Mantelfläche) jeweils einen Aufnahmeraum für ein Magnetsegment je eines der p Polpaare begrenzt.
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Weiter ist mit Vorteil vorgesehen, dass die teilzylindermantelförmigen Haltesegmente um die zentrale Achse des Rotors herum angeordnet sind und mit ihrem einen axialen Ende an einem zylinderförmigen Plattenteil des Trägerkörpers verbunden sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Trägerkörper ferner um seine zentrale Achse herum ein hohlzylinderförmiges Hülsenelement besitzt, welches eine Aufnahme für eine Rotorwelle ausbildet.
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Ebenfalls von Vorteil ist eine Gestaltung, bei der der Trägerkörper jeweils in den Aufnahmeraum hineinragende elastisch und/oder plastisch verformbare Haltemittel ausbildet, gegen die ein vollständig in den Aufnahmeraum jeweils eingeführtes Magnetsegment kraftschlüssig anliegt. Als Toleranzausgleich bei der Fixierung werden entsprechende Rippenstrukturen oder Haltestrukturen eingebracht, um die bei der Herstellung von Dauermagneten üblichen Toleranzen auszugleichen. Die Magnetsegmente werden dabei in die vorgesehenen Tasche gefügt, wobei die Rippen zu einem Teil abgeschabt oder deformiert werden und/oder elastisch verformt werden.
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Ein weiteres vorteilhaftes Konzept sieht vor, dass die genannten teilzylindermantelförmigen Haltesegmente jeweils zwei radial nach innen zur zentralen Achse des Rotors gerichtete Vorsprünge, Nasen oder Auskragungen aufweisen, von denen sich jeweils in den Aufnahmeraum hineinragende elastisch und/oder plastisch verformbare Haltemittel weg erstrecken.
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Weiter vorteilhaft ist es, wenn die besagten Haltemittel als eine sich in Axialrichtung des Rotors erstreckende Rippenstruktur aus einer oder mehreren parallel verlaufenden Halterippen gebildet sind.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass jeder Pol (bestehend aus Magnetsegment und Elektroblechsegment und ggf. Zwischenräume) ein ganz bestimmtes Bogenmaß aufspannt. Hierzu wird vorgeschlagen, dass die jeweiligen Magnetsegmente eines der p Polpaare jeweils als ein Teilringabschnitt mit einem Bogenwinkel von α2 ausgebildet sind, wobei für α2 folgendes gilt: 0,4*α1 ≤ α2 ≤ 0,7*α1 und α1=360/p. Weiter ist vorgesehen, dass die jeweiligen flügelartigen Blechsegmente jeweils in Umfangsrichtung einen Teilringabschnitt mit einem Bogenwinkel von α3 ausbilden, wobei für α3 folgendes gilt: 0,25*α1 ≤ α3 ≤ 0,5*α1.
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Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, wenn der Trägerkörper ferner eine Mehrzahl an Kühlflügel integral aufweist. Auf diese Weise kann dieser gleichzeitig zu seiner Fixier- und Positionierfunktion auch noch eine Kühlfunktion übernehmen.
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Zur Optimierung der Positionierung und zum Abfangen von Zentripetalkräften der Magnetsegmenten, besitzen diese an ihren in Umfangsrichtung betrachteten Stirnseiten je eine Stufe oder Schulter, mit der sie jeweils gegen einen am Trägerkörper ausgebildeten Vorsprung anliegen.
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Weiterhin ist zum Abfangen auftretender dynamischer Lasten und Kräfte ein Konzept vorgesehen, bei dem der Trägerkörper zumindest abschnittsweise, aus einer Rippenstruktur oder Fachwerkstruktur gebildet wird und zwar aus nebeneinander angeordneten Rippen oder Zähnen und jeweils paarweise dazwischen liegenden Ausnehmungen oder Hohlräumen. Mit Vorteil ist vorgesehen, dass die Rippenstruktur oder Fachwerkstruktur zumindest im Bereich der Vorsprünge und/oder dem zylindrischen Hülsenelement vorgesehen ist.
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Durch das beschriebene Konzept ist es möglich durch den Trägerkörper auch gerissene Magnetsegmente in exakter Position zu fixieren und ein unerwünschtes Verschieben zu verhindern.
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Ferner können Magnetsegmente vormagnetisiert und in diesem Zustand montiert werden, indem diese einfach in die Aufnahmetaschen eingeschoben werden.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Rotors,
- 2 eine Seitenansicht des Rotors aus 1,
- 3 eine perspektivische Ansicht eines Trägerkörpers des Rotors aus 1,
- 4 eine stirnseitige Ansicht auf den Trägerkörper aus 3,
- 5 eine stirnseitige Ansicht auf den Trägerkörper aus 3 mit eingefügten Magnetsegmenten,
- 6 das Detail B aus 4,
- 7 das Detail C aus 5,
- 8 drei Ausführungsbeispiele von Anordnungen mit unterschiedlichen Bogenmaßen der Magnetsegmente und Blechpaketsegmente bei einer Ausführung mit 4 Polen (p = 2),
- 9, 10 drei Ausführungsbeispiele von Anordnungen mit unterschiedlichen Bogenmaßen der Magnetsegmente und Blechpaketsegmente bei einer Ausführung mit 6 Polen (p = 3) und
- 11, 12 zwei Ausführungsbeispiele von Anordnungen mit unterschiedlichen Bogenmaßen der Magnetsegmente und Blechpaketsegmente bei einer Ausführung mit 6 Polen (p = 3) mit einer alternativen Magnetanordnung.
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Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 12 näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche strukturelle und/oder funktionale Merkmale hinweisen.
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In den 1 bis 7 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors 1 mit 2 Polen gezeigt. Der Rotor 1 besitzt einen Trägerkörper 10, wie dieser in der perspektivischen Ansicht der 3 dargestellt ist.
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Ferner besitzt der Rotor 1 eine Rotorblechanordnung 20 aus gestapelten Elektroblechen 21, die in dem Trägerkörper 10 aufgenommen ist. Die Elektroblechen 21 bestehen aus jeweils einem im wesentlichen runden zentralen Ringabschnitt 25 mit zwei einstückig damit verbundenen flügelartigen Blechsegmenten 22, die sich radial nach außen zu diametral gegenüberliegenden Seiten hin erstrecken. Die beiden Blechsegmente 22 spannen dabei jeweils ein gleiches Bogenmaß α3 auf.
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Zwischen dem Trägerkörper 10 und den jeweiligen Blechsegmenten 22 der Rotorblechanordnung 20 befinden sich taschenartige Aufnahmeräume 30 zur Aufnahme von Magnetsegmenten 31.
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Wie in der 3 gut ersichtlich, besitzt der Trägerkörper 10 zwei teilzylindermantelförmige Haltesegmente 11. Diese liegen sich bezogen auf eine durch die zentrale Achse A verlaufenden Mittelebene spiegelsymmetrisch gegenüber und besitzen hakenartige Vorsprünge 16, die sich nach radial Innen erstrecken.
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Die Vorsprünge sind mit einer Rippenstruktur aus nebeneinander angeordneten Rippen 17 und dazwischen liegenden Hohlräumen 18 versehen. Eine vergleichbare Fachwerkstruktur besitzt das nachfolgend noch beschriebene Hülsenelement 14.
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Die jeweilige Innenfläche 11i der beiden teilzylindermantelförmigen Haltesegmente 11 begrenzt den Aufnahmeraum 30 für das jeweilige Magnetsegment 31 und stellt demnach eine Anlagefläche zum Fixieren des jeweiligen Magnetsegments 31 dar.
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Die teilzylindermantelförmigen Haltesegmente 11 sind um die zentrale Achse des Rotors herum angeordnet und mit ihrem einen axialen Ende 12 an einem zylinderförmigen Plattenteil 13 verbunden. An diesem Plattenteil 13 des Trägerkörpers 10 ist ferner um die zentrale Achse herum ein hohlzylinderförmiges Hülsenelement 14 vorgesehen, welches eine Aufnahme für eine Rotorwelle 2 ausbildet, die in der 1 beispielhaft gezeigt ist. Das Hülsenelement 14 besitzt eine Rippenstruktur bestehend aus einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Rippen 17 zwischen denen Aussparungen 18 vorgesehen sind.
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Mit Hilfe der Detailansichten der 6 und 7 lässt sich das Fixieren der toleranzbehafteten Magnetsegmente 31 erläutern. Der Trägerkörper 10 besitzt hierzu jeweils zwei in den Aufnahmeraum 30 hineinragende elastisch und plastisch verformbare Rippen 15 gegen die die Magnetsegmente 31 anliegen. Bei der Montage der Magnetsegmente 31 sind diese Rippen 15 elastisch verformt worden, so dass die Magnetsegmente 31 elastisch in ihrer Position fixiert sind.
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Der Trägerkörper 10 besitzt ferner integral eine Mehrzahl an Kühlflügel 19, die von dem Plattenteil 13 wegstehen. An das Plattenteil 13 kann ferner ein Gewichtselement angespritzt werden, um dadurch mögliche Unwuchten zu beseitigen.
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Die gewählte Form der Magnetsegmente 30 an ihren in Umfangsrichtung betrachteten Stirnseiten 33 ist gut in der 7 zu erkennen. Hierzu ist je eine Stufe vorgesehen, mit der das Magnetsegment 30 jeweils gegen den am Trägerkörper ausgebildeten Vorsprung 16 anliegt.
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In der
8 sind drei Ausführungsbeispiele von Anordnungen mit unterschiedlichen Bogenmaßen
α2 der Magnetsegmente
31 und Bogenmaßen
α3 der Blechpaketsegmente
22 gezeigt (siehe nachfolgende Tabelle 1). Das Bogenmaß wird dabei am äußeren radialen Rand gemessen. Das Bogenmaß α1 hat immer den Wert α1 = 360°/p.
Tabelle 1
| Ansicht der 8 | Bogenmaß α2 | Bogenmaß α3 |
| 1. Ausführungsbeispiel Linke Ansicht | 0,45 × 180° | 0,41 × 180° |
| 2. Ausführungsbeispiel Mittlere Ansicht | 0,55 × 180° | 0,34 × 180° |
| 3. Ausführungsbeispiel Rechte Ansicht | 0,65 × 180° | 0,26 × 180° |
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In den
9 und
10 sind drei weitere Ausführungsbeispiele von Anordnungen mit unterschiedlichen Bogenmaßen der Magnetsegmente
31 und Blechpaketsegmente
22 bei einer Ausführung mit 6 Polen (p = 3) gezeigt, wobei folgende Zusammenhänge bestehen (siehe Tabelle 2).
Tabelle 2
| Ansicht der 10 | Bogenmaß α2 | Bogenmaß α3 |
| 1. Ausführungsbeispiel Linke Ansicht | 0,475 × 120° | 0,475 × 120° |
| 2. Ausführungsbeispiel Mittlere Ansicht | 0,575 × 120° | 0,375 × 120° |
| 3. Ausführungsbeispiel Rechte Ansicht | 0,675 × 120° | 0,275 × 120° |
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In den
11 und
12 sind zwei weitere (alternative) Ausführungsbeispiele von Anordnungen mit unterschiedlichen Breiten der Magnetsegmente
31 und Blechpaketsegmente
22 bei einer Ausführung mit 6 Polen (p = 3) gezeigt, wobei folgende Zusammenhänge bestehen (siehe Tabelle 3).
Tabelle 3
| Ansicht der 12 | Bogenmaß α3 |
| 1. Ausführungsbeispiel Linke Ansicht | 0,214 × 120° |
| 2. Ausführungsbeispiel rechte Ansicht | 0,364 × 120° |
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.
