EP4029128A1 - AUßENLÄUFERROTORVORRICHTUNG MIT INTEGRIERTER SENSORIK SOWIE VERWENDUNG - Google Patents

AUßENLÄUFERROTORVORRICHTUNG MIT INTEGRIERTER SENSORIK SOWIE VERWENDUNG

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Publication number
EP4029128A1
EP4029128A1 EP20772023.6A EP20772023A EP4029128A1 EP 4029128 A1 EP4029128 A1 EP 4029128A1 EP 20772023 A EP20772023 A EP 20772023A EP 4029128 A1 EP4029128 A1 EP 4029128A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
housing
ring
sensor magnet
external
Prior art date
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Pending
Application number
EP20772023.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Kisch
Jens Löffler
Marcus Hellmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Original Assignee
Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG filed Critical Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
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Pending legal-status Critical Current

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    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/215—Magnetic effect devices, e.g. Hall-effect or magneto-resistive elements
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Definitions

  • the present invention relates to an external rotor rotor device with a rotor housing for at least one rotor and with at least one sensor magnet provided on the rotor housing, the sensor magnet being able to be arranged in sensory correlation and in a predefinable relative position relative to the rotor.
  • the invention relates to a device for the particularly advantageous arrangement or alignment of sensor magnets relative to the rotor or rotor housing.
  • the present invention also relates to the use of an additional housing component for integrating sensors into the housing.
  • the invention relates to a device according to the preamble of the independent claim.
  • sensors In the case of many rotating devices with rotors, it is advantageous to integrate sensors. For example, even with external rotor rotors (external rotor design of rotating electrical machines) it can be very advantageous if sensors are provided which, for example, enable operating parameters to be monitored by means of a magnetic field and / or to generate measured values. In particular, it has already been tried to glue the sensors to the outer housing of rotors with index magnets or similar sensors. Not least because of the measurement technology used, it is desirable to be able to position the respective sensor on the housing as precisely and robustly as possible.
  • the object is to provide a device with which sensors, in particular sensor magnets, can be fixed in a particularly expedient manner on rotors, in particular external rotor rotors.
  • the object is to provide an external rotor rotor device with an integrated magnetic sensor system in such a way that the sensor system can be aligned and / or positioned particularly precisely, in particular relative to bores in the rotor housing.
  • An external rotor rotor device is provided with a rotor housing designed to accommodate at least one rotor and with at least one sensor magnet provided on the rotor housing, the sensor magnet being arranged / can be arranged in sensory correlation with and in a predefinable relative position relative to the rotor.
  • the external rotor rotor device has at least one ring which is integrally molded onto the rotor housing, the ring having at least one pocket (sensor cavity) which is designed to accommodate the sensor magnet, the sensor magnet being / can be arranged in the pocket in this way and wherein the ring is arranged / can be arranged in a predefinable relative position relative to the rotor on / in the rotor housing in such a way that the relative position of the sensor magnet relative to the rotor is predefined in at least one spatial direction by the integral molding, in particular at least with respect to the radial direction and also with respect to the circumferential direction and / or the axial direction.
  • the sensor system can also be integrated in a particularly precise and robust manner.
  • the pocket in particular the relative radial position and also the alignment of the sensor system (in particular the north-south axis) can be determined can be defined in a comparatively exact and reproducible manner. Last but not least, cost advantages can also be realized. Any assembly tolerances can be minimized.
  • the position of the rotor can be predefined by the rotor housing, in particular via at least one bore which defines an axis of rotation.
  • a relative orientation and arrangement relative to the housing can therefore imply a relative orientation and arrangement relative to the rotor, and vice versa.
  • the invention is based on the concept of integrating sensors into the housing without having to modify the housing. Rather, the sensor system can be integrated (or can be integrated) into an initially separate ring, which is connected to the housing, preferably by primary molding, preferably without the use of any adhesives. In particular, even in the case of separate supply chains or manufacturing processes, this provides the option of providing the sensor with the ring on the one hand and providing the housing on the other hand in order to then have both components (especially in the sense of a "marriage" as in automobile production) at the end of the manufacturing process to unite with each other.
  • the sensors are preferably integrated on the outside of the housing. Last but not least, this arrangement also facilitates the implementation of an injection molding process.
  • An external rotor rotor device is generally to be understood as a rotating electrical machine with an external rotor (stator further inside than rotor).
  • An external rotor is to be understood in particular as a design of rotating electrical machines (in particular generator or electric motor) in which the stationary part (stator) is located on the inside of the moving part (rotor, “rotor”).
  • Application examples are, for example, commutated DC motors or asynchronous motors with squirrel cage rotors, which are used, for example, as axial fans, dynamos, ceiling fans, centrifugal motors, direct drives for computer hardware or the like.
  • Sensor magnet technology is mentioned as an example of sensor technology.
  • the invention can be transferred to other sensor technologies.
  • the pocket can also be designed for any other sensor, be it with regard to its size and geometry, or with regard to its arrangement relative to the rotor or to the housing.
  • the invention can expand the range of applications of the rotor devices.
  • the sensor system or its integration is less sensitive to temperature fluctuations or aging effects or external influences such as UV radiation.
  • the use of glue or adhesives can be completely dispensed with. A detachment of the sensors from the housing can be ruled out with very good certainty.
  • the present invention also enables the sensor magnet to be aligned very precisely in the axial and radial directions (in particular also with regard to a north-south axis of the magnet), in particular relative to bores in the housing. This also favors a robust and operationally reliable overall arrangement that can be optimized in terms of control / regulation technology over a long period of use.
  • the integration of the sensor system into the rotor housing can be ensured particularly advantageously by means of a ring geometry for the additional (housing) component, for example with regard to an already predetermined cylindrical geometry of the rotor housing.
  • the person skilled in the art can deviate from the ring shape or use other shapes for this additional (housing) component, by means of which the sensor system can also be provided in a pocket or similar cavity, and by means of which a cohesive molding or integral connection of the both housing components (rotor housing and ring or equivalent additional components) can be realized in a comparable manner.
  • the term "ring” is not to be understood as being geometrically limiting, but as an example specifically in the case described for an at least approximately cylindrical housing.
  • the ring has an inner circumferential surface, by means of which the ring is integrally molded onto an outer circumferential surface of the rotor housing.
  • Such an interface also provides the advantage of high dimensional accuracy, in particular with cylindrical surfaces or with very slightly conically inclined surfaces.
  • the ring and the rotor housing can have geometrically corresponding lateral surfaces, by means of which a materially bonded interface is provided, in particular over the entire circumference.
  • a materially bonded interface is defined between the ring and the rotor housing, in particular over the entire circumference, at which the material bond between the ring and the rotor housing is ensured, in particular on mutually fully contacting lateral surfaces. This also provides good robustness and a secure fit or a good, resilient connection at this interface.
  • a materially bonded interface can be defined between the ring and the rotor housing, which interface is set up for a material bond by injection molding or injection molding, the materially bonded interface being defined on an outside of the rotor housing.
  • injection molding large quantities can be realized in a short time, especially with cost advantages.
  • the external rotor rotor device is designed to integrate the sensor system into the housing by adding a further housing component (ring) without having to modify the housing for this purpose. Rather, the sensor system can be integrated (or subsequently integrated) in an initially separate ring (or geometrically different alternative component with the same integration functionality), which is connected to the housing, preferably by molding, preferably without the use of any adhesives.
  • the ring and the rotor housing can have geometrically corresponding lateral surfaces, by means of which a fully circumferential cohesive interface is provided, which has a maximum degree of mold separation of 0.1. Last but not least, this arrangement favors an indirect positioning of the sensors.
  • the degree of mold separation can relate specifically to the two housing components.
  • a surface for the interface can be defined on the rotor housing, for example at a lower edge, and the ring is connected to the rotor housing, for example, in the same plane with the lower edge of the rotor housing. Only the circumferential position needs to be set. The height position can thus already be predefined by the geometry of the housing.
  • the external rotor rotor device is set up to integrate the sensor system into the rotor housing by adding a further housing component (in particular with a ring geometry or a similar geometry), in particular provided by the ring.
  • a further housing component in particular with a ring geometry or a similar geometry
  • This not only simplifies the alignment, but also the attachment of the sensors.
  • the invention is also based on the concept of providing a much larger fastening interface by means of the additional housing component (ring) than would be possible via the sensor alone.
  • the ring is integrally molded onto the rotor housing by injection molding. This also enables a large-area interface and a comparatively robust connection in combination with good angular accuracy and level alignment, especially if the ring also defines the underside of the housing.
  • the ring or the additional housing component can be materially connected to the rotor housing without an additional material connection component, in particular without adhesive or glue, in particular only with the inclusion of the substance or the substances or materials of the ring and the rotor housing. This provides a robust interface and can also maximize long-term service life and operational reliability.
  • the ring can, in particular, be connected to the rotor housing in a materially bonded manner over its entire circumference by means of a primary molding process.
  • the ring can in particular be physically (non-chemically) connected to the rotor housing, that is to say without a chemical reaction and without additional chemical connecting means.
  • the ring can be connected to the rotor housing by plasticizing material of the ring and / or rotor housing, in particular by applying pressure.
  • the rotor housing has at least one bore, in particular a bore arranged in an end face section of the rotor housing, the pocket or the sensor magnet being arranged in a radially aligned arrangement with the at least one bore. This also favors an exact and metrologically optimized integration of the sensors.
  • the pocket houses the sensor magnet on at least four or five sides, in the sense of a boundary or partition. Last but not least, this also provides good protection against external influences. A comparatively exact alignment of the sensor can also take place by means of the pocket.
  • the inner geometry of the pocket can be configured geometrically and also with regard to the dimensions to correspond to the sensor magnet, in particular in the sense of a negative shape. The sensor can thus be embedded in the pocket and therefore also very well supported. Alignment tolerances can be minimized.
  • the pocket houses the sensor magnet on five sides, the sixth side (in particular the underside of the ring or rotor housing) being a side that is subsequently closed after the formation of the ring, in particular a side that is closed by ultrasonic welding and / or hot stamping.
  • the rotor housing and / or the ring are made of plastic material. This can also enable simple application of the advantageous manufacturing steps described here.
  • the rotor housing and ring are made of the same material.
  • an additional housing component in particular in the form of a ring, in an external rotor rotor device, in particular in an external rotor rotor device described above, to provide a receiving cavity (pocket) for sensors integrated in a rotor housing of the external rotor rotor device, in particular for at least a sensor magnet, wherein the additional housing component is set up for a primary molding process for integrally molding the housing component on the rotor housing with the receiving cavity in a predefined relative position relative to the rotor housing, in particular is set up for a molding process and is provided in the form of a solid housing component made of plastic Material.
  • the additional housing component becomes part of the rotor housing, in particular in that the additional housing component forms a collar of the rotor housing.
  • the additional housing component can be integrated into the housing or molded onto the housing, in particular by means of an original molding process in the form of an injection molding process.
  • an external rotor rotor device with a rotor housing designed to accommodate at least one rotor and with at least one sensor magnet provided on the rotor housing, the sensor magnet being arranged / can be arranged in sensory correlation with and in a predefinable relative position relative to the rotor
  • the External rotor rotor device has at least one ring which is integrally molded onto the rotor housing, the ring having at least one pocket which is designed to receive the sensor magnet, the sensor magnet in this way in the pocket is arranged / can be arranged and wherein the ring is arranged / can be arranged in a predefinable relative position relative to the rotor on / in the rotor housing such that the relative position of the sensor magnet relative to the rotor is predefined in at least one spatial direction by the integral molding, in particular at least with regard to the radial direction as also with regard to the circumferential direction and / or the axial direction, the ring and
  • an external rotor rotor device with sensors integrated into the rotor housing in particular by an external rotor rotor device described above, produced by integrally molding an additional housing component in the form of a ring with at least one pocket (receiving cavity) for the sensors, in particular the sensor magnet, onto the Rotor housing and thereby forming an integral housing part at least from the rotor housing and the ring, in particular by connecting the ring to an outer jacket surface of the rotor housing by primary molding in the form of injection molding (in particular by so-called “injection mol ding”).
  • the pocket can, for example, also be individually optimized for a particular application in a relative position within the ring (for example, as far radially inward as possible for a short measuring distance to the rotor), not least thanks to the solid design of the ring. Whether / when a sensor magnet is inserted into the pocket can be determined individually for a particular application. For example, after the original molding or injection molding of the ring, the sensor magnet is inserted into the pocket, and the pocket is then closed, in particular hermetically sealed in all spatial directions (preferably only one side, in particular the underside, of the pocket must be closed).
  • the ring attached to the rotor housing in a materially bonded manner can form a collar of the housing, in particular on the lower edge of the housing.
  • the pocket is closed after the sensor system or the sensor magnet has been inserted, in particular by using ultrasonic welding and / or hot stamping.
  • This process step can optionally be carried out in combination with the original molding or injection molding, optionally also independently of it.
  • the pocket in particular on an underside of the pocket, can optionally also be closed by other methods.
  • the closure is only used to seal off the pocket and possibly to avoid losing the sensor magnet, so that the skilled person can use the method to close the bag can be chosen largely freely and individually for a particular application.
  • the way of closing also depends on whether / when the sensor magnet is / will be arranged in the pocket.
  • the closure of the pocket can optionally also provide a reversible closure, in particular if the pocket is to remain accessible if necessary.
  • an index magnet rotor device has heretofore been manufactured, for example, by the following method:
  • the at least one magnet is positioned or fixed by means of a device
  • the device is carefully removed, in particular so as not to influence the desired relative position of the magnet relative to the circumferential surface;
  • the at least one magnet e.g. block magnet
  • -UV light for example, can be used for curing.
  • Such a procedure can, however, have the disadvantage that the sensor magnet cannot be positioned exactly, that fastening takes a comparatively long time, and / or that the optimal process parameters are not adhered to during gluing and curing, e.g. due to temperature and / or fluctuations in humidity.
  • the above-mentioned object is also achieved by a method for producing an external rotor rotor device with sensors integrated into the housing, in particular an external rotor rotor device described above, with at least one sensor magnet in sensory correlation with the rotor and in a predefinable relative position on a rotor housing for receiving at least one rotor of the external rotor rotor device is arranged relative to the rotor, wherein at least one additional housing component, in particular in the form of a ring, is integrally molded onto the rotor housing, the additional housing component having at least one pocket in which the sensor magnet is received or can be received, the additional housing component (and thus also the pocket) is arranged in a predefinable relative position relative to the rotor on / in the rotor housing by the molding in such a way that the relative position of the pocket or of the sensor magnet relative to the Rotor is predefined in at least one spatial direction by the integral molding, in particular at least with respect to the radial direction and also with respect
  • the molding can be done in particular by one of the following methods: thermoset injection molding, elastomer injection molding, multi-component injection molding, in-mold Injection molding, hot stamping or injection molding or swelling flow stamping, powder injection molding, extrusion injection molding.
  • the method also includes inserting the sensor magnet and / or closing the pocket, in particular by ultrasonic welding and / or hot stamping.
  • FIGS. 2A and 2B in a plan view and in a side view cut along the dash-dot central axis indicated in FIG. 2A, show an external rotor rotor device according to a further exemplary embodiment
  • FIGS. 3A, 3B and 3C each show a side view of an external rotor rotor according to the prior art.
  • FIG. 1A, 1B illustrate a first exemplary embodiment of an external rotor rotor device 10 in a schematic manner, a rotor or an external rotor not being explicitly shown.
  • the rotor housing 15 is designed to be rotationally symmetrical, with an at least approximately cylindrical outer jacket surface.
  • three bores 16 are provided on its upper end face: an at least approximately central bore 16 and two relatively smaller bores arranged radially therefrom, in particular in a radial alignment with one another.
  • the number of holes is selected as an example.
  • the bores 16 can, for example, assume a function for the arrangement of a rotor and / or external rotor.
  • the bores 16 are all provided, for example, in a section of the lateral surface of the housing 15 provided on the end face and configured, for example, as through bores and / or blind bores.
  • a ring 20 (additional housing component) is formed on the housing 15 by primary molding. The attachment is ensured via an integral interface 18, at which an inner jacket surface 20a of the ring 20 and an outer jacket surface 15a of the housing 15 make contact.
  • the integral interface 18 is preferably provided in its entirety. Both surface sections 15a, 20a are at least approximately cylindrical, possibly also slightly conical, and are designed to correspond geometrically to one another.
  • a pocket or cavity 21 is provided in the ring, in which a sensor magnet 30 (or alternative sensors) is accommodated.
  • the pocket 21 or the sensor magnet 30 is arranged radially in alignment with all three bores 16.
  • the pocket 21 is provided comparatively far radially on the inside in the ring.
  • the pocket 21 defines a housing for the sensor magnet 30 on five of six sides, and on the sixth side (here: bottom or front lower side) the pocket can be closed after inserting the sensor (with a reversibly removable sensor, or irreversibly by cohesive sealing).
  • the lateral surfaces 15a, 20a which contact one another or are fused or connected to one another are identified with reference to the dotted line (which is intended to symbolize the materially bonded interface 18).
  • FIG. 2A, 2B show a further exemplary embodiment in which the external rotor rotor device 10 has an integral pocket 21 which can be provided by molding the ring 20 onto the rotor housing 15 in an integral (preferably one-piece) housing component.
  • the sensor system can be attached for particularly reliable use and can also be positioned and aligned in a comparatively exact manner.
  • the ring 20 forms a collar of the housing after the injection molding. Last but not least, this can facilitate relative positioning.
  • the ring 20 can also take on further housing functions, for example a fastening function for the entire housing (as indicated in FIG. 2A by the bores). This function integration in the additional housing part enables further variations and, last but not least, can also promote an advantageous relative position of the sensor system, especially in the radial direction.
  • the pocket 21 has an at least approximately rectangular cross-sectional geometry.
  • the radial extension r21 is, for example, in the range from 30 to 70% of the radial thickness of the ring 20.
  • the pocket 21 is integrated into the ring at least approximately in the radial center with respect to the radial extension (radial thickness) of the ring 20.
  • the ring 20 is preferably designed as a solid component made of solid material, for example made of plastic.
  • the rotor housing 15 or at least its outside can also be made of plastic.
  • the three bores 16 are arranged at least approximately in alignment.
  • the sensor magnet 30 is arranged at least approximately in alignment with the bores 16.
  • the pocket 21 is arranged at least approximately in alignment with the bores 16.
  • the three bores 16 are arranged in a radially aligned arrangement with the pocket.
  • the ring 20 enables a comparatively exact relative arrangement or alignment, on the one hand with regard to the circumferential position, on the other hand also with regard to the height position (in particular the flat, flat underside of the housing 15, defined both by the lower end face of the ring 20 and by the lower end face of the housing 15 ).
  • the ring 20 slightly overlaps the edge of the housing downwards towards the housing opening (ie in the axial direction); this can be useful, for example, with regard to an assembly interface for the entire housing 15, in particular if the assembly interface is to be defined as far as possible solely by the underside of the ring 20.
  • the dimensions of the housing 15 including the molded ring 20 are, for example: outer diameter (outer circumferential surface) approx. 30 to 50 mm; radial extension of the ring 20 approx. 2 to 5 mm;
  • a plane E of the mold separation is also indicated in FIG. 2B.
  • a permissible degree of mold separation of a maximum of 0.1 can be defined (in particular with regard to the further existing millimeter or size specifications).
  • Size tolerances can in particular also be specified in accordance with DIN ISO 2768 and / or ISO 14405.
  • Non-dimensioned draft angles are, for example, in the range from 0.5 to 1.5 °, in particular approx. 1 °.
  • 3A, 3B, 3C show an example of an external rotor rotor 1 with a housing 5 with bores 6 according to the prior art, with a sensor attached or glued to the outside of the casing surface.
  • the sensor magnet 3 is provided on the outside of the housing 5 and protrudes from the housing in the radial direction, thus creating a radial unevenness or a radial protrusion.
  • 3C illustrates the north-south orientation (NS) of the sensor magnet 3 on an enlarged scale.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Außenläuferrotorvorrichtung (10) mit einem Rotorgehäuse (15) eingerichtet zur Aufnahme wenigstens eines Rotors und mit wenigstens einem am Rotorgehäuse vorgesehenen Sensormagneten (30), wobei der Sensormagnet in sensorischer Korrelation mit und in vordefinierbarer Relativposition relativ zum Rotor angeordnet/anordenbar ist. Erfindungsgemäß zeichnet sich die Außenläuferrotorvorrichtung (10) dadurch aus, dass die Außenläuferrotorvorrichtung (10) wenigstens einen Ring (20) aufweist, welcher stoffschlüssig an das Rotorgehäuse (15) angeformt ist, wobei der Ring wenigstens eine Tasche (21) aufweist, die eingerichtet ist zur Aufnahme des Sensormagneten, wobei der Sensormagnet (30) derart in der Tasche angeordnet/anordenbar ist und wobei der Ring derart in vordefinierbarer Relativposition relativ zum Rotor am/im Rotorgehäuse (15) angeordnet/anordenbar ist, dass die Relativposition des Sensormagneten relativ zum Rotor in wenigstens einer Raumrichtung durch die stoffschlüssige Anformung vordefiniert ist, insbesondere zumindest bezüglich der radialen Richtung als auch bezüglich der Umfangsrichtung und/oder der axialen Richtung.

Description

Außenläuferrotorvorrichtung mit integrierter Sensorik sowie Verwendung
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Außenläuferrotorvorrichtung mit einem Rotorgehäuse für wenigstens einen Rotor und mit wenigstens einem am Rotorgehäuse vorgesehenen Sensormagneten, wobei der Sensormagnet in sensorischer Korrelation und in vordefinierbarer Relativposition relativ zum Rotor anordenbar ist. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum besonders vorteilhaften Anordnen bzw. Ausrichten von Sensormagneten relativ zum Rotor bzw. Rotorgehäuse. Nicht zuletzt betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung einer zusätzlichen Gehäusekomponente zum Integrieren von Sensorik in das Gehäuse. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei vielen rotierenden Vorrichtungen mit Rotor ist es vorteilhaft, Sensorik zu integrieren. Beispielsweise auch bei Außenläuferrotoren (Außenläufer-Bauform von rotierenden elektrischen Maschinen) kann es sehr vorteilhaft sein, wenn Sensoren vorgesehen sind, welche z.B. mittels eines Magnetfeldes eine Überwachung von Betriebsparametern ermöglichen und/oder das Generieren von Messwerten ermöglichen. Insbesondere wurde bereits erprobt, bei Rotoren mit Indexmagneten oder dergleichen Sensorik die Sensorik am Außengehäuse anzukleben. Nicht zuletzt aufgrund der angewandten Messtechnik ist es wünschenswert, den jeweiligen Sensor möglichst exakt und auch robust am Gehäuse positionieren zu können.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht Interesse an einer verbesserten bzw. zweckdienlicheren Implementierung von Sensorik, insbesondere von Sensormagneten in oder an rotierende elektrische Maschinen, insbesondere an Außenläuferrotoren bzw. dessen Gehäuse.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG Aufgabe ist, eine Vorrichtung bereitzustellen, womit Sensoren, insbesondere Sensormagnete, auf besonders zweckdienliche Weise an Rotoren, insbesondere Außenläuferrotoren fixierbar sind. Insbesondere besteht die Aufgabe darin, eine Außenläuferrotor-Vorrichtung mit integrierter Magnet-Sensorik derart bereitzustellen, dass die Sensorik besonders exakt ausgerichtet und/oder positioniert werden kann, insbesondere relativ zu Bohrungen im Rotorgehäuse.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung oder Verwendung jeweils gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den jeweiligen Unteransprüchen erläutert. Die Merkmale der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele sind miteinander kombinierbar, sofern dies nicht explizit verneint ist.
Bereitgestellt wird eine Außenläuferrotorvorrichtung mit einem Rotorgehäuse eingerichtet zur Aufnahme wenigstens eines Rotors und mit wenigstens einem am Rotorgehäuse vorgesehenen Sensormagneten, wobei der Sensormagnet in sensorischer Korrelation mit und in vordefmierbarer Relativposition relativ zum Rotor angeordnet/anordenbar ist. Erfmdungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Außenläuferrotorvorrichtung wenigstens einen Ring aufweist, welcher stoffschlüssig an das Rotorgehäuse angeformt ist, wobei der Ring wenigstens eine Tasche (Sensorkavität) aufweist, die eingerichtet ist zur Aufnahme des Sensormagneten, wobei der Sensormagnet derart in der Tasche angeordnet/anordenbar ist und wobei der Ring derart in vordefinierbarer Relativposition relativ zum Rotor am/im Rotorgehäuse angeordnet/anordenbar ist, dass die Relativposition des Sensormagneten relativ zum Rotor in wenigstens einer Raumrichtung durch die stoffschlüssige Anformung vordefiniert ist, insbesondere zumindest bezüglich der radialen Richtung als auch bezüglich der Umfangsrichtung und/oder der axialen Richtung.
Dies ermöglicht eine besonders vorteilhafte Art und Weise der Befestigung von Sensormagneten am Außenumfang von Rotorgehäusen, insbesondere auch bei Gehäusen von Außenläuferrotoren. Insbesondere kann die Sensorik dabei auch auf besonders exakte und robuste Weise integriert werden. Mittels der Tasche kann dabei insbesondere die relative Radialposition und auch die Ausrichtung der Sensorik (insbesondere Nord-Süd-Achse) auf vergleichsweise exakte und reproduzierbare Weise definiert werden. Nicht zuletzt können auch Kostenvorteile realisiert werden. Etwaige Montage-Toleranzen können minimiert werden.
Die Position des Rotors kann dabei durch das Rotorgehäuse vordefmiert sein, insbesondere über wenigstens eine Bohrung, welche eine Rotationsachse definiert. Eine relative Ausrichtung und Anordnung relativ zum Gehäuse kann daher eine relative Ausrichtung und Anordnung relativ zum Rotor implizieren, und vice versa.
Die Erfindung basiert dabei auf dem Konzept, Sensorik in das Gehäuse zu integrieren, ohne das Gehäuse dafür abwandeln zu müssen. Vielmehr kann die Sensorik in einen zunächst separaten Ring integriert sein (bzw. integrierbar sein), welcher mit dem Gehäuse verbunden wird, bevorzugt durch Urformen, bevorzugt ohne Verwendung von irgendwelchen Adhäsiven. Dies liefert insbesondere auch bei separaten Lieferketten oder Fertigungsprozessen die Möglichkeit, einerseits den Sensor mit dem Ring zusammen bereitzustellen, und andererseits das Gehäuse bereitzustellen, um dann beide Komponenten (insbesondere im Sinne einer „Hochzeit“ wie in der Automobil-Fertigung) zum Ende des Herstellungsprozesses miteinander zu vereinen. Die Integration der Sensorik erfolgt dabei bevorzugt außen am Umfang des Gehäuses. Diese Anordnung erleichtert nicht zuletzt auch eine Realisierung eines Anspritz-Prozesses.
Im Gegensatz dazu war es bisher üblich, die Sensorik außen am Gehäuse anzukleben, mit entsprechenden Nachteilen hinsichtlich Genauigkeit, Reproduzierbarkeit, Langlebigkeit, Robustheit und dergleichen Anforderungen. Eine Tasche oder Kavität zur Aufnahme des Sensors war nicht vorgesehen. Entsprechend nachteilig ist der Sensor bei dieser Ausgestaltung exponiert angeordnet.
Als Außenläuferrotorvorrichtung ist dabei allgemein eine rotierende elektrische Maschine mit außenliegendem Rotor zu verstehen (Stator weiter innen als Rotor). Als Außenläufer ist insbesondere eine Bauform rotierender elektrischer Maschinen (insbesondere Generator oder Elektromotor) zu verstehen, bei der sich der ruhende Teil (Stator) innenliegend vom bewegten Teil (Rotor, „Läufer“) befindet. Anwendungsbeispiele sind z.B. kommutierte Gleichstrommotoren oder Asynchronmotoren mit Kurzschlussläufer, die beispielsweise als Axiallüfter, Dynamos, Deckenventilatoren, Kreiselmotoren, Direktantriebe für Computer- Hardware oder dergleichen verwendet werden.
Als Sensorik wird beispielhaft die Sensormagnet-Technologie genannt. Die Erfindung ist auf andere Sensor-Technologien übertragbar. Insbesondere kann die Tasche auch für einen weitgehend beliebigen anderen Sensor ausgelegt werden, sei es bezüglich deren Größe und Geometrie, sei es bezüglich deren relativer Anordnung zum Rotor bzw. zum Gehäuse.
Es hat sich auch gezeigt, dass die Erfindung das Anwendungsspektrum der Rotor- Vorrichtungen erweitern kann. Insbesondere ist die Sensorik bzw. dessen Integration weniger empfindlich bezüglich Temperaturschwankungen oder Alterungs-Effekten oder externer Einflüsse wie UV-Strahlung. Beispielsweise kann vollständig auf die Verwendung von Kleber bzw. Adhäsiven verzichtet werden. Ein Loslösen der Sensorik vom Gehäuse kann mit sehr guter Sicherheit ausgeschlossen werden.
Im Gegensatz zu bisher erprobten Technologien ermöglicht die vorliegende Erfindung auch eine sehr exakte Ausrichtung des Sensormagneten in axialer und radialer Richtung (insbesondere auch bezüglich einer Nord-Süd- Achse des Magneten), insbesondere relativ zu Bohrungen des Gehäuses. Dies begünstigt auch eine robuste und betriebssichere und steuerungs-/regelungstechnisch optimierbare Gesamt-Anordnung über eine lange Einsatzdauer.
Es hat sich gezeigt, dass die Integration der Sensorik ins Rotorgehäuse besonders vorteilhaft mittels einer Ring-Geometrie für die zusätzliche (Gehäuse-)Komponente sichergestellt werden kann, beispielsweise in Hinblick auf eine ohnehin bereits vorgegebene zylindrische Geometrie des Rotorgehäuses. Der Fachmann kann abweichend von der Ring-Form auch weitere Formen für diese zusätzliche (Gehäuse-)Komponente ersinnen oder verwenden, mittels welchen die Sensorik ebenfalls in einer Tasche oder dergleichen Kavität bereitgestellt werden kann, und mittels welchen eine stoffschlüssige Anformung bzw. integrale Verbindung der beiden Gehäusekomponenten (Rotorgehäuse und Ring oder äquivalente zusätzliche Komponenten) in vergleichbarer Weise realisiert werden kann. Insofern ist der Begriff „Ring“ geometrisch nicht limitierend zu verstehen, sondern beispielhaft speziell im beschriebenen Fall für ein zumindest annähernd zylindrisches Gehäuse.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Ring eine Innenmantelfläche auf, mittels welcher der Ring an eine Außenmantelfläche des Rotorgehäuses stoffschlüssig angeformt ist. Eine derartige Schnittstelle liefert auch den Vorteil hoher Maßgenauigkeit, insbesondere bei zylindrischen Flächen oder bei ganz leicht konisch geneigten Flächen.
Der Ring und das Rotorgehäuse können geometrisch korrespondierende Mantelflächen aufweisen, mittels welchen eine stoffschlüssige Schnittstelle bereitgestellt ist, insbesondere vollumfänglich.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Ring und dem Rotorgehäuse eine stoffschlüssige Schnittstelle definiert, insbesondere vollumfänglich, an welcher der Stoffschluss zwischen dem Ring und dem Rotorgehäuse sichergestellt ist, insbesondere an gegenseitig vollumfänglich kontaktierenden Mantelflächen. Dies liefert auch gute Robustheit und festen Sitz bzw. eine gute, belastbare Verbindung an dieser Schnittstelle.
Zwischen dem Ring und dem Rotorgehäuse kann eine stoffschlüssige Schnittstelle definiert sein, welche eingerichtet ist für Stoffschluss durch Spritzgießen bzw. Anspritzen, wobei die stoffschlüssige Schnittstelle an einer Außenseite des Rotorgehäuses definiert ist. Speziell beim Anspritzen lassen sich auch hohe Stückzahlen in kurzer Zeit realisieren, insbesondere bei Kostenvorteilen.
Die Außenläuferrotorvorrichtung ist eingerichtet, die Sensorik in das Gehäuse durch Hinzufügung einer weiteren Gehäusekomponente (Ring) zu integrieren, ohne dabei das Gehäuse dafür abwandeln zu müssen. Vielmehr kann die Sensorik in einen zunächst separaten Ring (oder geometrisch abweichende alternative Komponente mit gleicher Integrations- Funktionalität) integriert sein (bzw. nachträglich integrierbar sein), welcher mit dem Gehäuse verbunden wird, bevorzugt durch Urformen, bevorzugt ohne Verwendung von irgendwelchen Adhäsiven. Der Ring und das Rotorgehäuse können geometrisch korrespondierende Mantelflächen aufweisen, mittels welchen eine vollumfängliche stoffschlüssige Schnittstelle bereitgestellt ist, welche einen maximalen Formtrenngrad von 0,1 aufweist. Diese Anordnung begünstigt nicht zuletzt eine mittelbare Positionierung der Sensorik. Der Formtrenngrad kann sich dabei speziell auf die beiden Gehäusekomponenten beziehen. Am Rotorgehäuse kann z.B. an einem unteren Rand eine Fläche für die Schnittstelle definiert sein, und der Ring wird z.B. eben in derselben Ebene mit dem unteren Rand des Rotorgehäuses mit dem Rotorgehäuse verbunden. Dabei braucht lediglich die Umfangsposition eingestellt werden. Die Höhenposition kann dabei also bereits durch die Geometrie des Gehäuses vordefiniert sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Außenläuferrotorvorrichtung eingerichtet, die Sensorik in das Rotorgehäuse durch Hinzufügung einer weiteren Gehäusekomponente (insbesondere mit Ring-Geometrie oder dergleichen korrespondierende Geometrie) zu integrieren, insbesondere bereitgestellt durch den Ring. Dies vereinfacht nicht nur die Ausrichtung, sondern auch die Befestigung der Sensorik. Die Erfindung beruht dabei auch auf dem Konzept, mittels der zusätzlichen Gehäusekomponente (Ring) eine sehr viel größere Befestigungs-Schnittstelle bereitzustellen, als dies über den Sensor allein möglich wäre.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Ring durch Anspritzen stoffschlüssig an das Rotorgehäuse angeformt. Dies ermöglicht auch eine großflächige Schnittstelle und eine vergleichsweise robuste Verbindung in Kombination mit guter Winkeltreue und ebener Ausrichtung, insbesondere wenn der Ring auch die Gehäuseunterseite mitdefiniert.
Der Ring bzw. die zusätzliche Gehäusekomponente kann stoffschlüssig ohne zusätzliche Stoffschluss-Komponente, insbesondere ohne Adhäsiv oder Kleber, mit dem Rotorgehäuse verbunden sein/werden, insbesondere lediglich unter Einbezug des Stoffes bzw. der Stoffe bzw. Materialien des Rings und des Rotorgehäuses. Dies liefert eine robuste Schnittstelle und kann auch die Langzeit-Lebensdauer und Betriebssicherheit maximieren.
Der Ring kann insbesondere vollumfänglich durch ein Urformverfahren stoffschlüssig mit dem Rotorgehäuse verbunden sein. Der Ring kann insbesondere physikalisch (nicht-chemisch) mit dem Rotorgehäuse verbunden sein, also ohne chemische Reaktion, und ohne zusätzliche chemische Verbindungsmittel. Beispielsweise kann der Ring durch Plastifizieren von Material des Rings und/oder Rotorgehäuses mit dem Rotorgehäuse verbunden sein, insbesondere indem Druck appliziert wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Rotorgehäuse wenigstens eine Bohrung auf, insbesondere eine in einem stirnseitigen Flächenabschnitt des Rotorgehäuses angeordnete Bohrung, wobei die Tasche bzw. der Sensormagnet in radial fluchtender Anordnung zu der wenigstens einen Bohrung angeordnet ist. Dies begünstigt auch eine exakte und messtechnisch optimierte Integration der Sensorik.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel haust die Tasche den Sensormagnet an wenigstens vier oder fünf Seiten ein, im Sinne einer Umgrenzung oder Abschottung. Dies liefert nicht zuletzt auch einen guten Schutz vor externen Einflüssen. Dabei kann mittels der Tasche auch eine vergleichsweise exakte Ausrichtung des Sensors erfolgen. Die Innengeometrie der Tasche kann geometrisch und auch bezüglich der Abmessungen korrespondierend zum Sensormagneten ausgestaltet sein, insbesondere im Sinne einer Negativ-Form. Somit kann der Sensor in die Tasche eingebettet und dadurch auch sehr gut abgestützt sein. Ausrichtungstoleranzen können minimiert werden.
Beispielsweise haust die Tasche den Sensormagnet an fünf Seiten ein, wobei die sechste Seite (insbesondere die Unterseite des Rings bzw. Rotorgehäuses) eine nachträglich im Nachgang zur Anformung des Rings verschlossene Seite ist, insbesondere eine durch Ultraschallschweißen und/oder Heißverprägen verschlossene Seite. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht, durch einen vergleichsweise kleinen, einfachen Nachbearbeitungs-Schritt die Sensorik hermetisch abzuschotten. Zudem bleibt die Option, die Sensorik erst nach dem Anformen auszuwählen oder zu implementieren und in die Tasche einzusetzen. Dies liefert weitere prozessuale und technische Variations-Möglichkeiten, nicht zuletzt dank eines sehr flexiblen Verfahrens. Gemäß einem Ausführungsbeispiel bestehen das Rotorgehäuse und/oder der Ring (zusätzliche Gehäusekomponente) aus Kunststoff-Material. Dies kann auch eine einfache Anwendung der hier beschriebenen vorteilhaften Herstellungsschritte ermöglichen. Wahlweise sind Rotorgehäuse und Ring aus demselben Material hergestellt.
Die zuvor genannte Aufgabe wird insbesondere auch gelöst durch Verwendung einer zusätzlichen Gehäusekomponente, insbesondere in Ausgestaltung als Ring, bei einer Außenläuferrotorvorrichtung, insbesondere bei einer zuvor beschriebenen Außenläuferrotorvorrichtung, zum Bereitstellen einer Aufnahmekavität (Tasche) für in ein Rotorgehäuse der Außenläuferrotorvorrichtung integrierte Sensorik, insbesondere für wenigstens einen Sensormagneten, wobei die zusätzliche Gehäusekomponente eingerichtet ist für einen Urform-Prozess zum stoffschlüssigen Anformen der Gehäusekomponente am Rotorgehäuse mit der Aufnahmekavität in vordefinierbarer Relativposition relativ zum Rotorgehäuse, insbesondere eingerichtet ist für einen Anspritz-Prozess und bereitgestellt ist in Ausgestaltung als massive Gehäusekomponente aus Kunststoff-Material. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile. Insbesondere kann eine exakte relative Positionierung und auch eine robuste Art und Weise der Befestigung der Sensorik sichergestellt werden. Dabei wird die zusätzliche Gehäusekomponente Teil des Rotorgehäuses, insbesondere indem die zusätzliche Gehäusekomponente einen Kragen des Rotorgehäuses bildet.
Dabei kann die zusätzliche Gehäusekomponente insbesondere durch ein Urform-Verfahren in Ausgestaltung als Anspritz-Prozess in das Gehäuse integriert bzw. an das Gehäuse angeformt werden.
Die zuvor genannte Aufgabe wird insbesondere auch gelöst durch eine Außenläuferrotorvorrichtung mit einem Rotorgehäuse eingerichtet zur Aufnahme wenigstens eines Rotors und mit wenigstens einem am Rotorgehäuse vorgesehenen Sensormagneten, wobei der Sensormagnet in sensorischer Korrelation mit und in vordefinierbarer Relativposition relativ zum Rotor angeordnet/anordenbar ist, wobei die Außenläuferrotorvorrichtung wenigstens einen Ring aufweist, welcher stoffschlüssig an das Rotorgehäuse angeformt ist, wobei der Ring wenigstens eine Tasche aufweist, die eingerichtet ist zur Aufnahme des Sensormagneten, wobei der Sensormagnet derart in der Tasche angeordnet/anordenbar ist und wobei der Ring derart in vordefinierbarer Relativposition relativ zum Rotor am/im Rotorgehäuse angeordnet/anordenbar ist, dass die Relativposition des Sensormagneten relativ zum Rotor in wenigstens einer Raumrichtung durch die stoffschlüssige Anformung vordefiniert ist, insbesondere zumindest bezüglich der radialen Richtung als auch bezüglich der Umfangsrichtung und/oder der axialen Richtung, wobei der Ring und das Rotorgehäuse geometrisch korrespondierende Mantelflächen aufweisen, mittels welchen eine/die stoffschlüssige Schnittstelle bereitgestellt ist, insbesondere vollumfänglich, wobei der Ring stoffschlüssig ohne zusätzliche Stoffschluss-Komponente, insbesondere ohne Adhäsiv oder Kleber, mit dem Rotorgehäuse verbunden ist, insbesondere lediglich unter Einbezug des Stoffes bzw. der Stoffe bzw. Materialien des Rings und des Rotorgehäuses, wobei der Ring durch ein Urformverfahren aus der folgenden Gruppe stoffschlüssig mit dem Rotorgehäuse verbunden ist: Duroplast-Spritzgießen, Elastomer-Spritzgießen, Mehrkomponenten-Spritzgießen, In-Mold- Spritzgießen, Heißverprägen oder Spritzprägen oder Quellflussprägen, Pul verspritzgießen, Extrusionsspritzgießen. Hierdurch ergeben sich zahlreiche zuvor genannte Vorteile. Insbesondere kann die zusätzliche Gehäusekomponente bzw. der Ring auf besonders zuverlässige, exakte und betriebssichere Weise mit dem Gehäuse verbunden werden und dadurch die Sensorik in einem sehr engen Toleranzbereich positionieren bzw. implementieren.
Die zuvor genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Außenläuferrotorvorrichtung mit ins Rotorgehäuse integrierter Sensorik, insbesondere durch eine zuvor beschriebene Außenläuferrotorvorrichtung, hergestellt durch stoffschlüssiges Anformen einer zusätzlichen Gehäusekomponente in Ausgestaltung als Ring mit wenigstens einer Tasche (Aufnahmekavität) für die Sensorik, insbesondere Sensormagnet, an das Rotorgehäuse und dadurch Bilden eines integralen Gehäuseteils zumindest aus dem Rotorgehäuse und dem Ring, insbesondere indem durch Urformen in Ausgestaltung als Spritzgießen (insbesondere durch so genanntes „injection mol ding“) der Ring mit einer Außenmantelfläche des Rotorgehäuses verbunden wird. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Insbesondere kann eine standardisierbare Vorgehensweise mit sehr guter Reproduzierbarkeit bei eng vordefinierbaren Prozessparametern und auch für hohe Stückzahlen realisiert werden. Der Prozess kann dabei auch weitgehend unabhängig von der Art der in der Tasche vorzusehenden Sensorik durchgeführt werden, insbesondere da die zusätzliche Gehäusekomponente (Ring) vorab für die jeweilige Sensorik individualisierbar ist und individuell bereitgestellt werden kann, ohne dabei die Ausgestaltung der stoffschlüssigen Schnittstelle zu beeinflussen.
Dabei kann die Tasche z.B. auch individuell optimiert für einen jeweiligen Anwendungsfall in einer Relativposition innerhalb des Rings angeordnet werden (beispielsweise möglichst weit radial innen für eine kurze Mess-Strecke zum Rotor), nicht zuletzt dank einer massiven Ausgestaltung des Rings. Ob/wann ein Sensormagnet dabei in die Tasche eingesetzt wird, kann individuell für einen jeweiligen Anwendungsfall bestimmt werden. Beispielsweise wird der Sensormagnet nach dem Urformen bzw. Anspritzen des Rings in die Tasche eingesetzt, und daraufhin wird die Tasche verschlossen, insbesondere hermetisch dicht in allen Raumrichtungen (wobei bevorzugt nur noch eine einzige Seite, insbesondere die Unterseite, der Tasche verschlossen werden muss).
Der an das Rotorgehäuse stoffschlüssig angebrachte Ring kann dabei einen Kragen des Gehäuses bilden, insbesondere am unteren Rand des Gehäuses.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Tasche nach Einsetzen der Sensorik bzw. des Sensormagneten verschlossen, insbesondere indem ein Ultraschallschweißen und/oder Heißverprägen angewandt wird. Dieser Verfahrensschritt kann wahlweise in Kombination mit dem Urformen bzw. Anspritzen erfolgen, wahlweise auch unabhängig davon. Das Verschließen der Tasche, insbesondere an einer Unterseite der Tasche, kann wahlweise auch durch andere Verfahren erfolgen. Insbesondere wenn der Sensormagnet bereits geometrisch vordefiniert in der Tasche positioniert ist (z.B. Geometrie der Tasche bedingt Ausrichtung des Sensormagneten in vordefinierter Richtung), dient das Verschließen lediglich zum Abschotten der Tasche, und eventuell zum Vermeiden eines Verlustes des Sensormagneten, so dass der Fachmann das Verfahren zum Verschließen der Tasche weitgehend frei und individuell für einen jeweiligen Anwendungsfall wählen kann. Die Art und Weise des Verschließens ist auch davon abhängig, ob/wann der Sensormagnet in der Tasche angeordnet ist/wird. Das Verschließen der Tasche kann wahlweise auch einen reversiblen Verschluss bereitstellen, insbesondere falls die Tasche bedarfsweise zugänglich bleiben soll. Im Gegensatz dazu wurde eine Rotorvorrichtung mit Indexmagnet bisher beispielsweise durch das folgende Verfahren hergestellt:
-Magnet (Singular oder Plural) und Gehäuse werden mit Aktivator benetzt;
-der wenigstens eine Magnet wird mittels einer Vorrichtung positioniert bzw. fixiert;
-die Vorrichtung wird vorsichtig entfernt, insbesondere um die gewünschte Relativposition des Magneten relativ zur Umfangsfläche nicht zu beeinflussen;
-der wenigstens eine Magnet (z.B. Quadermagnet) wird an der Umfangsfläche verklebt;
-zum Aushärten kann beispielsweise UV-Licht verwendet werden.
Eine solche Vorgehensweise kann jedoch den Nachteil mit sich bringen, dass der Sensormagnet nicht exakt positioniert werden kann, dass das Befestigen vergleichsweise viel Zeit erfordert, und/oder dass beim Verkleben und Aushärten die optimalen Prozessparameter nicht eingehalten werden, z.B. aufgrund von Temperatur- und/oder F euchtigkeits Schwankungen .
Die zuvor genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Außenläuferrotorvorrichtung mit ins Gehäuse integrierter Sensorik, insbesondere einer zuvor beschriebenen Außenläuferrotorvorrichtung, wobei an einem Rotorgehäuse zur Aufnahme wenigstens eines Rotors der Außenläuferrotorvorrichtung wenigstens ein Sensormagnet in sensorischer Korrelation mit dem Rotor und in vordefinierbarer Relativposition relativ zum Rotor angeordnet wird, wobei wenigstens eine zusätzliche Gehäusekomponente, insbesondere in Ausgestaltung als Ring, stoffschlüssig an das Rotorgehäuse angeformt wird, wobei die zusätzliche Gehäusekomponente wenigstens eine Tasche aufweist, in welcher der Sensormagnet aufgenommen ist oder aufnehmbar ist, wobei die zusätzliche Gehäusekomponente (und damit auch die Tasche) durch das Anformen derart in vordefinierbarer Relativposition relativ zum Rotor am/im Rotorgehäuse angeordnet wird, dass die Relativposition der Tasche bzw. des Sensormagneten relativ zum Rotor in wenigstens einer Raumrichtung durch die stoffschlüssige Anformung vordefiniert wird, insbesondere zumindest bezüglich der radialen Richtung als auch bezüglich der Umfangsrichtung und/oder der axialen Richtung. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Das Anformen kann insbesondere durch eines der folgenden Verfahren erfolgen: Duroplast- Spritzgießen, Elastomer-Spritzgießen, Mehrkomponenten-Spritzgießen, In-Mold- Spritzgießen, Heißverprägen oder Spritzprägen oder Quellflussprägen, Pulverspritzgießen, Extrusionsspritzgießen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren auch das Einsetzen des Sensormagneten und/oder das Verschließen der Tasche, insbesondere durch Ultraschallschweißen und/oder Heißverprägen.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
In den nachfolgenden Zeichnungsfiguren wird die Erfindung noch näher beschrieben, wobei für Bezugszeichen, die nicht explizit in einer jeweiligen Zeichnungsfigur beschrieben werden, auf die anderen Zeichnungsfiguren verwiesen wird. Es zeigen:
Figur 1A und 1B in einer Draufsicht und in einer Seitenansicht in schematischer
Darstellung eine Außenläuferrotorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Figur 2A und 2B in einer Draufsicht und in einer entlang der in Fig. 2A angedeuteten Strichpunkt-Mittenachse geschnittenen Seitenansicht eine Außenläuferrotorvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
Figur 3A, 3B und 3C jeweils in einer Seitenansicht einen Außenläuferrotor gemäß dem Stand der Technik.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
In den Fig. 1 A, 1B ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Außenläuferrotorvorrichtung 10 auf schematische Weise illustriert, wobei ein Rotor bzw. ein Außenläufer nicht explizit dargestellt sind. Das Rotorgehäuse 15 ist rotationssymmetrisch ausgestaltet, mit zumindest annähernd zylindrischer Außenmantelfläche. Im Gehäuse 15 sind an dessen oberer Stirnseite drei Bohrungen 16 vorgesehen: eine zumindest annähernd zentrische Bohrung 16 und zwei radial davon angeordnete relativ kleinere Bohrungen, insbesondere in fluchtender radialer Anordnung zueinander. Die Anzahl der Bohrungen ist beispielhaft gewählt. Die Bohrungen 16 können beispielsweise eine Funktion zur Anordnung eines Rotors und/oder Außenläufers übernehmen. Die Bohrungen 16 sind beispielsweise allesamt in einem stirnseitig vorgesehenen Abschnitt der Mantelfläche des Gehäuses 15 vorgesehen und z.B. als Durchgangsbohrungen und/oder Sacklochbohrungen ausgestaltet. Am Gehäuse 15 ist ein Ring 20 (zusätzliche Gehäusekomponente) durch Urformen angeformt. Die Befestigung ist über eine stoffschlüssige Schnittstelle 18 sichergestellt, an welcher sich eine Innenmantelfläche 20a des Rings 20 und eine Außenmantelfläche 15a des Gehäuses 15 kontaktieren. Bevorzugt ist die stoffschlüssige Schnittstelle 18 vollumfänglich bereitgestellt. Beide Flächenabschnitte 15a, 20a sind zumindest annähernd zylindrisch, gegebenenfalls auch leicht konisch, und sind geometrisch korrespondierend zueinander ausgestaltet.
Im Ring ist eine Tasche bzw. Kavität 21 vorgesehen, in welcher ein Sensormagnet 30 (oder alternative Sensorik) aufgenommen ist. Die Tasche 21 bzw. der Sensormagnet 30 ist radial fluchtend zu allen drei Bohrungen 16 angeordnet. Die Tasche 21 ist hier in diesem Beispiel vergleichsweise weit radial innen im Ring vorgesehen. Die Tasche 21 definiert an fünf von sechs Seiten eine Einhausung für den Sensormagnet 30, und an der sechsten Seite (hier: Unterseite bzw. stirnseitige untere Seite) kann die Tasche nach Einsetzen des Sensors verschlossen werden (mit reversibel demontierbarem Sensor, oder auch irreversibel durch stoffschlüssiges Abschotten).
In Fig. 1B sind die einander kontaktierenden bzw. miteinander verschmelzten oder verbundenen Mantelflächen 15a, 20a unter Bezugnahme auf die Punktlinie (welche die stoffschlüssige Schnittstelle 18 symbolisieren soll) kenntlich gemacht.
In den Fig. 2A, 2B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei welchem die Außenläuferrotorvorrichtung 10 eine integrale Tasche 21 aufweist, welche durch Anspritzen des Rings 20 an das Rotorgehäuse 15 in einem integralen (bevorzugt einstückigen) Gehäusebauteil bereitgestellt werden kann. Dadurch kann die Sensorik für besonders betriebssicheren Einsatz befestigt werden und auch auf vergleichsweis exakte Weise positioniert und ausgerichtet werden. Dabei bildet der Ring 20 nach dem Anspritzen einen Kragen des Gehäuses. Dies kann nicht zuletzt eine relative Positionierung erleichtern. Wahlweise kann der Ring 20 dabei auch weitere Gehäuse-Funktionen übernehmen, beispielsweise eine Befestigungs-Funktion für das gesamte Gehäuse (wie in Fig. 2A durch die Bohrungen angedeutet ist). Diese Funktions-Integration in das zusätzliche Gehäuseteil ermöglicht weitere Variationen, und kann nicht zuletzt auch eine vorteilhafte Relativposition der Sensorik speziell in radialer Richtung begünstigen.
Die Tasche 21 weist eine zumindest annähernd rechteckige Querschnittsgeometrie auf. Die Radial er Streckung r21 liegt z.B. im Bereich von 30 bis 70% der radialen Dicke des Rings 20. Die Tasche 21 ist zumindest annähernd radial mittig in Bezug auf die radiale Erstreckung (radiale Dicke) des Rings 20 in den Ring integriert. Der Ring 20 ist bevorzugt als massives Bauteil aus Vollmaterial ausgestaltet, beispielsweise aus Kunststoff. Auch das Rotorgehäuse 15 oder zumindest dessen Außenseite kann aus Kunststoff ausgestaltet sein.
Die drei Bohrungen 16 sind zumindest annähernd fluchtend angeordnet. Der Sensormagnet 30 ist zumindest annähernd fluchtend zu den Bohrungen 16 angeordnet. Die Tasche 21 ist zumindest annähernd fluchtend zu den Bohrungen 16 angeordnet. Die drei Bohrungen 16 sind in radial fluchtender Anordnung mit der Tasche angeordnet. Der Ring 20 ermöglicht eine vergleichsweise exakte relative Anordnung bzw. Ausrichtung, einerseits bezüglich der Umfangsposition, andererseits auch bezüglich der Höhenposition (insbesondere plane ebene Unterseite des Gehäuses 15, definiert sowohl durch die untere Stirnfläche des Rings 20 als auch durch die untere Stirnfläche des Gehäuses 15).
Aus Fig. 2B geht im Detail die relative Anordnung des Rings 20 relativ zum Rotorgehäuse 15 hervor: Nach unten zur Gehäuseöffnung hin (also in axialer Richtung) überlappt der Ring 20 leicht den Gehäuserand; dies kann z.B. hinsichtlich einer Montageschnittstelle für das gesamte Gehäuse 15 zweckdienlich sein, insbesondere dann, wenn die Montageschnittstelle möglichst allein durch die Unterseite des Rings 20 definiert sein soll.
Insbesondere für eine Anwendung auf dem Gebiet der Pumpen- oder Lüfter-Technik betragen die Abmessungen des Gehäuses 15 inklusive angeformtem Ring 20 beispielsweise: Außendurchmesser (Außenmantelfläche) ca. 30 bis 50mm; radiale Erstreckung des Rings 20 ca. 2 bis 5mm;
Außendurchmesser des Rings ca. 35 bis 60mm;
Durchmesser der kleineren Bohrungen 16 ca. 1,5 bis 2,5mm; radiale Erstreckung der Tasche 21 ca. 1 bis 4mm; Umfangs-Erstreckung der Tasche 21 ca. 2 bis 6mm;
In Fig. 2B ist ferner eine Ebene E der Formtrennung angedeutet. Für die Schnittstelle 18 kann beispielsweise ein zulässiger Formtrenngrad von maximal 0,1 definiert sein (insbesondere in Bezug auf die weiteren vorliegenden Millimeter- bzw. Größenangaben). Lage- und
Größentoleranzen können insbesondere auch gemäß DIN ISO 2768 und/oder ISO 14405 vorgegeben sein. Nicht-bemaßte Entformungsschrägen liegen z.B. im Bereich von 0,5 bis 1,5°, insbesondere ca. 1°. Die Fig. 3A, 3B, 3C zeigen ein Beispiel für einen Außenläuferrotor 1 mit einem Gehäuse 5 mit Bohrungen 6 gemäß dem Stand der Technik, mit einem außen an der Gehäusemantelfläche befestigten bzw. angeklebten Sensor. Der Sensormagnet 3 ist außen am Gehäuse 5 vorgesehen und steht in radialer Richtung vom Gehäuse ab, begründet also eine radiale Unebenheit oder einen radialen Überstand. Das relative Positionieren des Sensormagneten 3 relativ zu weiteren Komponenten des Außenläuferrotors 1 ist vergleichsweise schwierig bzw. bleibt vergleichsweise ungenau (nachteilig hohe Lagetoleranzen oder auch Montagefehler). Beispielsweise auch hinsichtlich Kontakt oder Kollision mit Gegenständen oder Abstreifen durch irgendwelche kollidierenden Komponenten ist diese Anordnung und Befestigung des Sensormagneten 3 eher nachteilig. Fig. 3C illustriert in vergrößertem Maßstab die Nord-Süd-Ausrichtung (N-S) des Sensormagneten 3.
Bezugszeichenliste
1 Außenläuferrotor gemäß Stand der Technik
3 Sensormagnet für standardmäßiges Gehäuse
5 Rotorgehäuse gemäß Stand der Technik
6 Bohrung
10 Außenläuferrotorvorrichtung
15 Rotorgehäuse
15a Außenmantelfläche
16 Bohrung
18 stoffschlüssige Schnittstelle bzw. Kontaktfläche
20 Ring oder Kragen, insbesondere Kunststoffring
20a Innenmantelfläche
21 Tasche bzw. Kavität im Ring
30 Sensor bzw. Sensorik, insbesondere Sensormagnet
E Ebene der Formtrennung
N Nord
S Süd r21 Radialerstreckung der Tasche

Claims

Patentansprüche
1. Außenläuferrotorvorrichtung (10) mit einem Rotorgehäuse (15) eingerichtet zur Aufnahme wenigstens eines Rotors und mit wenigstens einem am Rotorgehäuse vorgesehenen Sensormagneten (30), wobei der Sensormagnet in sensorischer Korrelation mit und in vordefinierbarer Relativposition relativ zum Rotor angeordnet/anordenbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Außenläuferrotorvorrichtung (10) wenigstens einen Ring (20) aufweist, welcher stoffschlüssig an das Rotorgehäuse (15) angeformt ist, wobei der Ring wenigstens eine Tasche (21) aufweist, die eingerichtet ist zur Aufnahme des Sensormagneten, wobei der Sensormagnet (30) derart in der Tasche angeordnet/anordenbar ist und wobei der Ring derart in vordefinierbarer Relativposition relativ zum Rotor am/im Rotorgehäuse (15) angeordnet/anordenbar ist, dass die Relativposition des Sensormagneten relativ zum Rotor in wenigstens einer Raumrichtung durch die stoffschlüssige Anformung vordefiniert ist, insbesondere zumindest bezüglich der radialen Richtung als auch bezüglich der Umfangsrichtung und/oder der axialen Richtung.
2. Außenläuferrotorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Ring (20) eine Innenmantelfläche (20a) aufweist, mittels welcher der Ring an eine Außenmantelfläche (15a) des Rotorgehäuses (15) stoffschlüssig angeformt ist.
3. Außenläuferrotorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ring (20) und das Rotorgehäuse (15) geometrisch korrespondierende Mantelflächen (15a, 20a) aufweisen, mittels welchen eine stoffschlüssige Schnittstelle (18) bereitgestellt ist, insbesondere vollumfänglich.
4. Außenläuferrotorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Ring und dem Rotorgehäuse eine stoffschlüssige Schnittstelle (18) definiert ist, insbesondere vollumfänglich, an welcher der Stoffschluss zwischen dem Ring und dem Rotorgehäuse sichergestellt ist, insbesondere an gegenseitig vollumfänglich kontaktierenden Mantelflächen (15a, 20a).
5. Außenläuferrotorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Ring und dem Rotorgehäuse eine stoffschlüssige Schnittstelle (18) definiert ist, welche eingerichtet ist für Stoffschluss durch Spritzgießen bzw. Anspritzen, wobei die stoffschlüssige Schnittstelle an einer Außenseite des Rotorgehäuses (15) definiert ist.
6. Außenläuferrotorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ring und das Rotorgehäuse geometrisch korrespondierende Mantelflächen (15a, 20a) aufweisen, mittels welchen eine vollumfängliche stoffschlüssige Schnittstelle bereitgestellt ist, welche einen maximalen Formtrenngrad von 0,1 aufweist.
7. Außenläuferrotorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Außenläuferrotorvorrichtung (10) eingerichtet ist, die Sensorik bzw. den Sensormagneten (30) in das Rotorgehäuse (15) durch Hinzufügung einer weiteren Gehäusekomponente zu integrieren, insbesondere bereitgestellt durch den Ring (20).
8. Außenläuferrotorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ring (20) durch Anspritzen stoffschlüssig an das Rotorgehäuse (15) angeformt ist.
9. Außenläuferrotorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ring (20) stoffschlüssig ohne zusätzliche Stoffschluss-Komponente, insbesondere ohne Adhäsiv oder Kleber, mit dem Rotorgehäuse verbunden ist, insbesondere lediglich unter Einbezug des Stoffes bzw. der Stoffe bzw. Materialien des Rings und des Rotorgehäuses.
10. Außenläuferrotorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ring durch ein Urformverfahren stoffschlüssig mit dem Rotorgehäuse verbunden ist.
11. Außenläuferrotorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ring auf physikalische Weise mit dem Rotorgehäuse verbunden ist.
12. Außenläuferrotorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ring durch Plastifizieren von Material des Rings und/oder Rotorgehäuses mit dem Rotorgehäuse verbunden ist, insbesondere indem Druck appliziert wird.
13. Außenläuferrotorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ring durch ein Urformverfahren aus der folgenden Gruppe stoffschlüssig mit dem Rotorgehäuse verbunden ist: Duroplast-Spritzgießen, Elastomer-Spritzgießen, Mehrkomponenten-Spritzgießen, In-Mold- Spritzgießen, Heißverprägen oder Spritzprägen oder Quellflussprägen, Pul verspritzgießen, Extrusionsspritzgießen.
14. Außenläuferrotorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Rotorgehäuse (15) wenigstens eine Bohrung (16) aufweist, insbesondere eine in einem stimseitigen Flächenabschnitt des Rotorgehäuses angeordnete Bohrung, wobei die Tasche (21) bzw. der Sensormagnet (30) in radial fluchtender Anordnung zu der wenigstens einen Bohrung angeordnet ist.
15. Außenläuferrotorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Tasche (21) den Sensormagnet (30) an wenigstens vier oder fünf Seiten einhaust.
16. Außenläuferrotorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Tasche den Sensormagnet an fünf Seiten einhaust, wobei die sechste Seite eine nachträglich im Nachgang zur Anformung des Rings (20) verschlossene Seite ist, insbesondere eine durch Ultraschallschweißen und/oder Heißverprägen verschlossene Seite.
17. Außenläuferrotorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Rotorgehäuse (15) und/oder der Ring (20) aus Kunststoff-Material bestehen.
18. Außenläuferrotorvorrichtung (10) mit einem Rotorgehäuse (15) eingerichtet zur Aufnahme wenigstens eines Rotors und mit wenigstens einem am Rotorgehäuse vorgesehenen Sensormagneten (30), wobei der Sensormagnet in sensorischer Korrelation mit und in vordefinierbarer Relativposition relativ zum Rotor angeordnet/anordenbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Außenläuferrotorvorrichtung (10) wenigstens einen Ring (20) aufweist, welcher stoffschlüssig an das Rotorgehäuse (15) angeformt ist, wobei der Ring wenigstens eine Tasche (21) aufweist, die eingerichtet ist zur Aufnahme des Sensormagneten, wobei der Sensormagnet (30) derart in der Tasche angeordnet/anordenbar ist und wobei der Ring derart in vordefinierbarer Relativposition relativ zum Rotor am/im Rotorgehäuse (15) angeordnet/anordenbar ist, dass die Relativposition des Sensormagneten relativ zum Rotor in wenigstens einer Raumrichtung durch die stoffschlüssige Anformung vordefiniert ist, insbesondere zumindest bezüglich der radialen Richtung als auch bezüglich der Umfangsrichtung und/oder der axialen Richtung, wobei der Ring (20) und das Rotorgehäuse (15) geometrisch korrespondierende Mantelflächen (15a, 20a) aufweisen, mittels welchen eine/die stoffschlüssige Schnittstelle (18) bereitgestellt ist, insbesondere vollumfänglich, wobei der Ring (20) stoffschlüssig ohne zusätzliche Stoffschluss- Komponente, insbesondere ohne Adhäsiv oder Kleber, mit dem Rotorgehäuse verbunden ist, insbesondere lediglich unter Einbezug des Stoffes bzw. der Stoffe bzw. Materialien des Rings und des Rotorgehäuses, wobei der Ring durch ein Urformverfahren aus der folgenden Gruppe stoffschlüssig mit dem Rotorgehäuse verbunden ist: Duroplast-Spritzgießen, Elastomer- Spritzgießen, Mehrkomponenten-Spritzgießen, In-Mold-Spritzgießen, Heißverprägen oder Spritzprägen oder Quellflussprägen, Pul verspritzgießen, Extrusionsspritzgießen.
19. Verwendung einer zusätzlichen Gehäusekomponente insbesondere in Ausgestaltung als Ring (20) bei einer Außenläuferrotorvorrichtung (10), insbesondere bei einer Außenläuferrotorvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, zum Bereitstellen einer Aufnahmekavität als Tasche (21) für in ein Rotorgehäuse (15) der Außenläuferrotorvorrichtung integrierte Sensorik, insbesondere für wenigstens einen Sensormagneten (30), wobei die zusätzliche Gehäusekomponente (20) eingerichtet ist für einen Urform-Prozess zum stoffschlüssigen Anformen der Gehäusekomponente am Rotorgehäuse (15) mit der Aufnahmekavität in vordefinierbarer Relativposition relativ zum Rotorgehäuse, insbesondere eingerichtet ist für einen Anspritz-Prozess und bereitgestellt ist in Ausgestaltung als massive Gehäusekomponente aus Kunststoff-Material.
20. Außenläuferrotorvorrichtung mit ins Rotorgehäuse (15) integrierter Sensorik, insbesondere Außenläuferrotorvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, hergestellt durch stoffschlüssiges Anformen einer zusätzlichen Gehäusekomponente in Ausgestaltung als Ring (20) mit wenigstens einer Tasche (21) für die Sensorik, insbesondere für wenigstens einen Sensormagneten (30), an das Rotorgehäuse (15) und dadurch Bilden eines integralen Gehäuseteils zumindest aus dem Rotorgehäuse (15) und dem Ring (20), insbesondere indem durch Urformen in Ausgestaltung als Spritzgießen der Ring mit einer Außenmantelfläche (15a) des Rotorgehäuses verbunden wird.
21. Außenläuferrotorvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Tasche (21) nach Einsetzen der Sensorik bzw. des Sensormagneten verschlossen wird, insbesondere indem ein Ultraschallschweißen und/oder Heißverprägen angewandt wird.
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