WO2008145501A1 - Rotoranordnung für einen elektromotor - Google Patents

Rotoranordnung für einen elektromotor Download PDF

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WO2008145501A1
WO2008145501A1 PCT/EP2008/055704 EP2008055704W WO2008145501A1 WO 2008145501 A1 WO2008145501 A1 WO 2008145501A1 EP 2008055704 W EP2008055704 W EP 2008055704W WO 2008145501 A1 WO2008145501 A1 WO 2008145501A1
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WO
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rotor
type
sheets
teeth
assembly
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/055704
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English (en)
French (fr)
Inventor
Torsten Wilharm
Tilo Koenig
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • H02K1/2773—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect consisting of tangentially magnetized radial magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/09—Magnetic cores comprising laminations characterised by being fastened by caulking

Definitions

  • the invention relates to a rotor assembly for an electric motor, in particular an EC motor with a rotor with buried permanent magnets.
  • a known procedure for the construction of rotor assemblies with permanent magnets located thereon is to punch electrical sheets and to connect them by punching together. In this way, rotor assemblies of virtually any thickness can be produced from rotor laminations.
  • the electrical sheets are preferably punched so that pockets are provided for receiving the permanent magnets.
  • the permanent magnets may be disposed in the pockets such that their north pole-south pole direction extends substantially circumferentially about a rotor axis.
  • the teeth arranged between the pockets serve to guide the magnetic flux of the permanent magnets and preferably to deflect them outward in the radial direction.
  • the proportion of the non-outward magnetic flux is guided by the rotor plates in the radial direction in the interior of the rotor to the rotor axis and passed there over sheet metal sections to the opposite pole of the respective permanent magnet. This portion of the magnetic flux remains unused, does not contribute to the drive of the rotor and is also referred to as scattering flux.
  • a rotor assembly for an electric motor is provided with an inner member having a center opening for receiving a rotor shaft and a number of rotor teeth, which are coupled to a magnetic pole of a permanent magnet.
  • the rotor assembly is formed by stacking sheets in multiple layers.
  • the sheets comprise one or more sheets of the first type having an inner portion having a center opening for receiving a rotor shaft and at least one rotor tooth member connected thereto, and at least one second type sheet separately formed as a single rotor tooth member without connection to an inner portion is.
  • At least one of the rotor teeth is formed by stacking one of the first type sheets and one of the second type sheets.
  • One cause of the stray flux between a north pole and a south pole of a permanent magnet mounted on a rotor is that there is a closed connection between the north pole and the south pole through the material of the electrical sheet. That is, the material connection of a tooth with an inner portion of the rotor assembly for receiving the rotor axis and from there to an adjacent tooth short part of the magnetic flux, which thereby can not escape at the outer peripheral edge of the tooth in question to the environment and thus not to drive contributes to the rotor.
  • the radiated outward portion of the magnetic flux can be increased.
  • the rotor assembly from sheet metal, preferably from stamped electric blank, it is therefore provided that not every tooth which is arranged between two permanent magnets is connected to the inner part of the rotor element. Since not every toothed plate is connected to the inner part of the rotor assembly, the See flow relevant cross section through the material of the electrical sheet from the toothed plate to the inner part and back again reduced to the toothed plate of an adjacent tooth. As a result, the proportion of stray flux can thereby be reduced since a greater proportion of the magnetic flux is conducted to the outside.
  • the rotor arrangement can comprise a specific first-type metal sheet with an inner part which has a center opening for receiving a rotor shaft and with rotor tooth elements connected thereto via a respective connecting portion, the number of which corresponds to the number of rotor teeth.
  • at least one particular sheet of the first type can be arranged at at least one end of the rotor assembly in order to ensure greater stability of the rotor assembly.
  • the corresponding rotor tooth elements can be connected to the inner element via a respective connecting section.
  • the connecting portion may be provided with a holding device for a permanent magnet to fix the permanent magnet in a simple manner.
  • the rotor tooth elements and the individual rotor tooth elements can furthermore be provided with corresponding structures, which mesh with one another during stacking and fix the rotor tooth elements or individual rotor tooth elements stacked on one another in a radial and / or tangential direction. In this way it can be avoided that the individual rotor tooth elements fall out of the stacked rotor arrangement.
  • each of the rotor teeth is formed with the same number of individual rotor tooth elements.
  • a number of identical sheets of the first type may each be provided with the same number of rotor teeth, wherein the product of the number of sheets of the first type and the number of rotor teeth on one of the sheets of the first type corresponds to an integer multiple of the number of rotor teeth, wherein the first type of sheets in the stacking arrangement are stacked in a tangential direction in a number of different displacements, the number of offsets corresponding to a number resulting from the number of rotor teeth divided by the number of rotor teeth on each first type of sheet , whereby An unbalance of the rotor assembly can be avoided and a uniform magnetic flux can be achieved in each rotor tooth.
  • the single rotor tooth element of the sheet of the second type can be designed essentially identical in shape to one of the rotor tooth elements of the sheet of the first type.
  • the rotor tooth element and / or the individual rotor tooth element may each be T-shaped, wherein the outside of the arms of the rotor tooth element and / or of the single rotor tooth element form an outer surface of the rotor assembly in the radial direction.
  • a pocket for receiving a permanent magnet can be provided between two rotor teeth.
  • an electric motor with an above rotor arrangement wherein between the rotor teeth permanent magnets are arranged in alternating polarity whose magnetic poles are coupled to side surfaces of the rotor teeth.
  • FIG. 1 is a perspective view of a rotor assembly according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows a first type of plate (single lamella) for constructing a rotor arrangement shown in FIG. 1;
  • FIG. Fig. 3 is a second type of sheet metal (single lamella) for constructing a rotor assembly according to
  • Fig. 1; 4 shows a cross-sectional view through a rotor arm in the axial direction according to a first embodiment of the invention
  • Fig. 5 shows a cross section through a rotor arm in the axial direction according to another
  • Fig. 6 shows another sheet of the first type (single lamella) for constructing a rotor assembly according to another embodiment of the invention. Description of embodiments
  • Fig. 1 is a perspective view of a rotor assembly 1 for an electric motor is shown.
  • the rotor assembly 1 is composed of several layers of sheets. As a result, a rotor assembly 1 of a certain length L is formed.
  • the rotor assembly 1 has a center opening 2, in which a rotor shaft can be fastened during assembly of the electric motor.
  • Around the central opening 2 are evenly distributed rotor teeth 3 are provided.
  • the rotor teeth 3 are shaped so that pockets 4 are formed between them by the shape of the rotor teeth 3, in which the permanent magnets are used in the assembly of the electric motor to form the rotor arrangement 1 for a permanent magnet-excited spoke rotor.
  • the pockets 4 are formed such that the permanent magnets are held in a form-fitting manner or that at least one positioning and fastening of the permanent magnets is supported.
  • the rotor teeth 3 have an approximately triangular cross-section, with a wider radially outwardly directed end, wherein the side surfaces of the rotor teeth preferably extend approximately in the radial direction with respect to the rotor axis.
  • the outwardly directed end is provided with arms extending in the tangential direction of the rotor assembly 1 so that the rotor teeth 3 are substantially T-shaped.
  • the rotor teeth 3 are furthermore in the radial direction in communication with an inner element 5, in which the center opening 2 of the rotor assembly 1 is provided.
  • the arms of the T-shaped rotor teeth 3 are arranged in a circumferential direction of the rotor assembly 1 and thereby form an outer side of the rotor assembly 1 and outer holding edges 7 for the pockets formed between the rotor teeth 3.
  • a connecting element 6 is provided, which forms at least one further retaining edge 8.
  • the retaining edges 7, 8 thus define the pockets for positioning the permanent magnets in the rotor assembly 1 and assisting their attachment.
  • Each of the permanent magnets is inserted during the assembly of the electric motor in the corresponding pocket 4 so that the magnets are magnetized in the circumferential direction of the rotor assembly 1.
  • Permanent magnets in mutually adjacent pockets 4 are arranged with mutually opposite polarity, that is, in the case of two adjacent in the rotor assembly 1 permanent magnet whose south poles or north poles abut the rotor tooth 3 therebetween.
  • the rotor teeth 3 serve to guide the magnetic flux generated by the permanent magnets outward in the radial direction over the outside of the T arms of the rotor teeth 3, ie over the part of the outer surface of the rotor assembly formed by each rotor tooth 3 1.
  • the magnetic flux density is significantly higher in the material of the sheets of the rotor assembly 1 than in air gaps.
  • the idea of the present invention is to reduce the cross-section of the material with which a connection between a north pole and a south pole of a permanent magnet is created, and instead to provide a gap (air gap).
  • the rotor assembly 1 is constructed in contrast to the structure according to the prior art with at least two different layers of sheets.
  • the various layers of the sheets are shown in Fig. 2 and Fig. 3.
  • a sheet 10 of the first type is shown in FIG.
  • the sheet 10 of the first type which is composed of an inner part 1 1 and rotor tooth elements 12 fixedly attached thereto via connecting sections 16, is essentially produced in one piece from electrical sheet, which is preferably punched.
  • the rotor tooth elements 12 are part of the rotor teeth 3, the inner part 1 1 part of the inner member 5 and the connecting portions 16 part of the connecting elements. 6
  • the sheet 10 of the first type has fourteen rotor tooth elements 12.
  • the number of rotor teeth 12 is not limited to fourteen, and may be more or less than fourteen.
  • sheets 13 of the second type are shown, for example, as the result of a further punching.
  • fourteen individual rotor tooth elements 13 are punched out in accordance with the number of rotor teeth 3 to be formed, without these rotor teeth having a corresponding inner part 11 (as in the first type of sheet 10) are connected together.
  • the sheets 13 of the second type are, as shown in FIG. 3, fourteen separate individual rotor tooth elements 13 whose shape substantially corresponds to that of the rotor tooth elements 12 from the first punching.
  • the rotor teeth 12 of the first type sheets 10 and the single rotor teeth 13 of the second type sheets are embossed 14, e.g. with jouierticianen or with a stamped package, provided in each case the corresponding position and with the same shape.
  • the embossment 14 causes on one side of the rotor tooth elements 12 and the single rotor tooth elements 13 a survey and on the opposite side to a recess.
  • the corresponding elevations of the corresponding embossment 14 thus engage in a corresponding depression of the adjacent rotor tooth elements 12 or individual rotor tooth elements 13.
  • the rotor tooth elements 12 or individual rotor tooth elements 13 are held against slipping against one another.
  • sheets 10 of the first type are stacked alternately with sheets 13 of the second type in the axial direction, until a desired length L of the rotor assembly 1 is formed.
  • sheets of a thickness of 0.5 mm are provided and twelve sheets 10 of the first type and eleven sheets 13 of the second type are arranged alternately.
  • the sheets 10 of the first type are provided as outer surfaces of the rotor assembly 1 thus formed, whereby no additional measures for fixing the sheets 13 of the second type to the outside of the rotor assembly 1 must be provided.
  • twelve first type sheets 10 and eleven second type sheets 13 are provided, so that the second type sheets 13 are respectively disposed between two first type sheets 10.
  • the metal sheets 13 of the second type are held there by a corresponding engagement of the elevations in the corresponding depressions of the embossments 1.
  • the sheets 10 of the first type and the sheets 13 of the second type may be alternately arrange in layers.
  • multiple layers of second type sheets 13 may be placed between two first type sheets 10. be orders, since they can fix each other by the corresponding imprints 14.
  • more than one sheet 10 of the first type may be provided on each other, in particular on the outer sides (in the axial direction) of the rotor assembly 1, for example in the example shown in FIG. 5 three sheets 10 of the first type on each side of FIG Rotor arrangement 1.
  • each layer of the rotor assembly 1 has an inner part 11.
  • the sheet metal layers which are internally, i. between at least two outer layers, which are formed as sheets 10 of the first type, as shown in Fig. 2, have further sheets of the first type, as shown in Fig. 6.
  • the further metal sheets 10 of the first type have an inner part 15, which is connected via a corresponding connecting portion 16 to a rotor tooth element 12.
  • individual rotor tooth elements 13 are still formed, which are not in communication with the inner part 15.
  • the inner layers can be provided with an inner part 15, so that when mounting a rotor shaft, in particular when pressing in the shaft and caulking the sheets on the end faces of the rotor assembly 1, it can be mounted in an improved manner, since each layer of Sheet metal is flat against the shaft. This can attack larger forces for pressing and caulking in an inner region of the arrangement of the sheets, without bending the individual rotor arms 3 during assembly.
  • a sheet 10 of the first type, as shown in FIG. 2, and the further sheets of the first type, as shown in FIG. 6, may alternately be arranged alternately or in any other sequence.
  • fourteen (or a multiple thereof) sheet metal layers (layers of sheets), as shown in Fig. 6, are arranged in the rotor assembly 1. In this case, each of the further sheets of the first type of FIG.
  • each of the rotor teeth 3 of the rotor assembly 1 is connected to the inner element 5 with the same total number of connecting sections 16 and thus over the same cross-section of sheet metal material. Therefore, in the illustrated embodiment, fourteen layers of further sheets of the first type as shown in Fig. 6 are preferably provided in the rotor assembly 1 (or a multiple thereof) which are mutually offset in the correspondingly different circumferentially that on the one hand an imbalance is avoided and further the magnetic behavior is kept the same for each of the rotor arms 3.
  • first type sheets each having the same number of rotor teeth connected thereto should be provided, the product of the number of first type identical sheets and the number of rotor teeth on one of these first type sheets being an integer multiple of the number of rotor teeth equivalent.
  • These sheets are stacked in the stack arrangement in a number of different offsets in the tangential direction to one another, wherein the
  • Number of offsets corresponds to a number resulting from the number of rotor teeth divided by the number of rotor tooth elements on each first type sheet 10.
  • a disadvantage in particular in the assembly of the rotor arrangement is a stack arrangement in which only every second rotor tooth element is connected to the inner element in each layer and alternately a rotor tooth element connected to the inner element and a single rotor tooth element are provided for each rotor tooth. This variant should therefore not be covered by the general rule described above.
  • the further sheets of the first type shown in FIG. 6, which are composed of a connecting portion 16 connected inner part 15, a rotor tooth member 12 and single rotor tooth elements 13, any number of connecting portions 16, with which a part of the Rotor leopardele - Mente 12 is connected to the inner part 15.
  • the arrangement of such a punched layer with a first type of sheet 10 can be done in a suitable manner, the sheets 10 of the first type being e.g. of the type shown in Fig. 2 form the outer and end faces of the rotor assembly 1 thus formed.
  • the arrangement of the further metal sheets of the first type in the interior of the rotor assembly 1 is substantially arbitrary, the total number (over all layers of the rotor assembly 1) the connecting portions 16 between the inner member 5 and the corresponding rotor tooth 3 for each radial angular position with respect to the rotor axis is equal, so that each of the rotor arms 3 is connected to a further of the rotor arms 3 via a material connection of sheet metal having the same cross section.
  • the magnetic fluxes between two adjacent rotor teeth which are provided with permanent magnets of identical properties, are substantially the same.
  • it is preferable to provide that the number of individual rotor tooth elements 13 lying directly on top of one another is limited, for example to two or three.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rotoranordnung (1) für einen Elektromotor, mit einem Innenelement mit einer Mittenöffnung zur Aufnahme einer Rotorwelle und einer Anzahl von Rotorzähnen (3), die mit einem Magnetpol eines Permanentmagneten koppelbar sind, wobei die Rotoranordnung (1) durch Stapeln von Blechen (10, 13) in mehreren Lagen ausgebildet ist, wobei die Bleche ein oder mehrere Bleche (10) ersten Typs mit einem Innenteil (11), das eine Mittenöffnung zur Aufnahme einer Rotorwelle aufweist, und mit mindestens einem damit verbundenen von dem Innenteil abstehenden Rotorzahnelement (12), sowie mindestens ein Blech (13) zweiten Typs, das separat als Einzel-Rotorzahnelement (13) ohne eine Verbindung zu einem Innenteil ausgebildet ist, umfassen, wobei mindestens einer der Rotorzahne (3) durch Stapeln der Bleche (10) ersten Typs und der Bleche (13) zweiten Typs ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Titel
Rotoranordnung für einen Elektromotor
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Rotoranordnung für einen Elektromotor, insbesondere eines EC- Motors mit einem Rotor mit vergrabenen Permanentmagneten.
Stand der Technik
Eine bekannte Vorgehensweise zum Aufbau von Rotoranordnungen mit daran befindlichen Permanentmagneten besteht darin, Elektrobleche zu stanzen und diese durch Stanzpaketieren miteinander zu verbinden. Auf diese Weise können Rotoranordnungen nahezu belie- biger Dicke aus Rotorblechen hergestellt werden. Für die Herstellung eines sogenannten Speichenrotors werden die Elektrobleche vorzugsweise so gestanzt, dass Taschen zur Aufnahme der Permanentmagnete vorgesehen werden. Die Permanentmagnete können in den Taschen so angeordnet werden, dass ihre Nordpol-Südpol-Richtung im Wesentlichen in Umfangsrichtung um eine Rotorachse verläuft. Die zwischen den Taschen angeordneten Zähne dienen dazu, den magnetischen Fluss der Permanentmagnete zu führen und in radialer Richtung vorzugsweise nach außen zu lenken. Der Anteil des nicht nach außen geführten magnetischen Flusses wird von den Rotorblechen in radialer Richtung in das Innere des Rotors zur Rotorachse hin geführt und über dort befindliche Blechabschnitte zum entgegen gesetzten Pol des jeweiligen Permanentmagneten geleitet. Dieser Anteil des magnetischen Flusses bleibt ungenutzt, trägt nicht zum Antrieb des Rotors bei und wird auch als Streu- fluss bezeichnet.
Aus der Druckschrift EP 1 223 658 A1 ist ein Dauermagnet erregter Motor bekannt, dessen Rotoranordnung mit Stanzteilen aufgebaut ist. Zur Reduzierung des Streuflusses weist nur jedes zweite Stanzteil, das einen Rotorzahn ausbildet, eine Verbindung zu einem Innenteil der Rotoranordnung auf. Offenbarung der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Rotoranordnung für einen Elektromotor mit Rotormagneten zur Verfügung zu stellen, mit der der Streufluss verringert wird.
Diese Aufgabe wird durch die Rotoranordnung nach Anspruch 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem Aspekt ist eine Rotoranordnung für einen Elektromotor mit einem Innenelement mit einer Mitten Öffnung zur Aufnahme einer Rotorwelle und einer Anzahl von Rotorzähnen vorgesehen, die mit einem Magnetpol eines Permanentmagneten koppelbar sind. Die Rotoranordnung ist durch Stapeln von Blechen in mehreren Lagen ausgebildet. Die Bleche umfassen eines oder mehrere Bleche ersten Typs mit einem Innenteil, das eine Mittenöffnung zur Aufnahme einer Rotorwelle aufweist, und mit mindestens einem damit verbundenen Rotorzahnelement, sowie mindestens ein Blech zweiten Typs, das separat als Einzel-Rotorzahnelement ohne eine Verbindung zu einem Innenteil ausgebildet ist. Mindestens einer der Rotorzähne ist durch Stapeln eines der Bleche ersten Typs und eines der Bleche zweiten Typs ausgebildet.
Eine Ursache des Streuflusses zwischen einem Nordpol und einem Südpol eines an einem Rotor angebrachten Permanentmagneten besteht darin, dass zwischen Nordpol und Südpol eine geschlossene Verbindung durch das Material des Elektrobleches besteht. D.h., die Materialverbindung eines Zahns mit einem Innenabschnitt der Rotoranordnung zur Aufnahme der Rotorachse und von dort zu einem benachbarten Zahn schließt einen Teil des magnetischen Flusses kurz, der dadurch nicht an dem äußeren Umfangsrand des betreffenden Zahns in die Umgebung austreten kann und somit nicht zum Antrieb des Rotors beiträgt. Um diesen Streufluss zu verringern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Quer- schnitt des Materials zwischen dem Nordpol und Südpol zu reduzieren und dadurch den durch das Innere der Rotoranordnung fließenden magnetischen Fluss zu reduzieren. Auf diese Weise kann der nach außen abgestrahlte Anteil des magnetischen Flusses erhöht werden. Beim Aufbau der Rotoranordnung aus Blech, vorzugsweise aus gestanztem Elekt- roblech, wird daher vorgesehen, dass nicht jeder Zahn, der zwischen zwei Permanentmag- neten angeordnet ist, mit dem Innenteil des Rotorelements verbunden ist. Da nicht jedes Zahnblech mit dem Innenteil der Rotoranordnung verbunden ist, wird der für den magneti- sehen Fluss relevante Querschnitt durch das Material des Elektrobleches von dem Zahnblech zu dem Innenteil und wieder zurück zu dem Zahnblech eines benachbarten Zahnes reduziert. Folglich kann dadurch der Anteil des Streuflusses reduziert werden, da ein größerer Anteil des magnetischen Flusses nach außen geführt wird.
Weiterhin kann die Rotoranordnung ein bestimmtes Blech ersten Typs mit einem Innenteil, das eine Mittenöffnung zur Aufnahme einer Rotorwelle aufweisen, und mit daran über einen jeweiligen Verbindungsabschnitt verbundene Rotorzahnelemente umfassen, deren Anzahl der Anzahl der Rotorzähne entspricht. Insbesondere kann an mindestens einem Ende der Rotoranordnung mindestens das bestimmte Blech ersten Typs angeordnet sein, um eine größere Stabilität der Rotoranordnung zu gewährleisten.
Gemäß einer Ausführungsform können bei den Blechen ersten Typs die entsprechenden Rotorzahnelemente über einen jeweiligen Verbindungsabschnitt mit dem Innenelement ver- bunden sein. Insbesondere kann der Verbindungsabschnitt mit einer Haltevorrichtung für einen Permanentmagneten versehen sein, um den Permanentmagneten in einfacher Weise zu fixieren.
Die Rotorzahnelemente und die Einzel-Rotorzahnelemente können weiterhin mit korres- pondierenden Strukturen versehen sein, die beim Stapeln ineinander greifen und die jeweils aufeinander gestapelten Rotorzahnelemente bzw. Einzel- Rotorzahnelemente in radialer und/oder tangentialer Richtung zueinander fixieren. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die Einzel-Rotorzahnelemente aus der gestapelten Rotoranordnung herausfallen.
Es kann vorgesehen sein, dass jeder der Rotorzähne mit der gleichen Anzahl von Einzel- Rotorzahnelementen ausgebildet ist.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine Anzahl von identischen Blechen ersten Typs mit jeweils der gleichen Anzahl von Rotorzahnelementen vorgesehen sein, wobei das Produkt der Anzahl der Bleche ersten Typs und der Anzahl von Rotorzahnelementen an einem der Bleche ersten Typs einem ganzzahligen Vielfachen der Anzahl der Rotorzähne entspricht, wobei die Bleche ersten Typs in der Stapelanordnung in einer Anzahl von verschiedenen Versatzen in tangentialer Richtung versetzt zueinander gestapelt sind, wobei die Anzahl von Versatzen einer Anzahl entspricht, die sich aus der Anzahl der Rotorzähne dividiert durch die Anzahl von Rotorzahnelementen an jedem Blech ersten Typs ergibt. Dadurch kann eine Unwucht der Rotoranordnung vermieden und ein gleichmäßiger magnetischer Fluss in jedem Rotorzahn erreicht werden.
Weiterhin kann das Einzel-Rotorzahnelement des Bleches zweiten Typs im wesentlichen formgleich zu einem der Rotorzahnelemente des Bleches ersten Typs ausgebildet sein.
Insbesondere können das Rotorzahnelement und/oder das Einzel-Rotorzahnelement jeweils T-förmig ausgebildet sein, wobei die Außenseite der Arme des Rotorzahnelementes und/oder des Einzel-Rotorzahnelementes eine Außenfläche der Rotoranordnung in radialer Richtung bilden.
Weiterhin kann zwischen zwei Rotorzähnen eine Tasche zur Aufnahme eines Permanentmagneten vorgesehen sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Elektromotor mit einer obigen Rotoranordnung vorgesehen, wobei zwischen die Rotorzähne Permanentmagnete in wechselnder Polarität angeordnet sind, deren Magnetpole an Seitenflächen der Rotorzähne gekoppelt sind.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Rotoranordnung gemäß einer Ausführungs- form der Erfindung;
Fig. 2 ein Blech ersten Typs (Einzellamelle) zum Aufbau einer in Fig. 1 gezeigten Rotoranordnung; Fig. 3 ein Blech zweiten Typs (Einzellamelle) zum Aufbau einer Rotoranordnung nach
Fig. 1 ; Fig. 4 eine Querschnittsansicht durch einen Rotorarm in axialer Richtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Rotorarm in axialer Richtung gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 6 ein weiteres Blech ersten Typs (Einzellamelle) zum Aufbau einer Rotoranordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Beschreibung von Ausführungsformen
In Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung einer Rotoranordnung 1 für einen Elektromotor dargestellt. Die Rotoranordnung 1 ist aus mehreren Lagen von Blechen zusammengesetzt. Dadurch wird eine Rotoranordnung 1 einer bestimmten Länge L gebildet. Die Rotoranordnung 1 weist eine Mittenöffnung 2 auf, in der bei der Montage des Elektromotors eine Rotorwelle befestigbar ist. Um die Mittenöffnung 2 herum sind gleichmäßig verteilt Rotorzähne 3 vorgesehen. Die Rotorzähne 3 sind so geformt, dass zwischen ihnen durch die Form der Rotorzähne 3 Taschen 4 gebildet werden, in bei der Montage des Elektromotors die Per- manentmagnete eingesetzt werden, um die Rotoranordnung 1 für einen Permanentmagneterregten Speichenrotor zu bilden. Dabei sind die Taschen 4 so ausgebildet, dass die Permanentmagnete formschlüssig gehalten werden oder dass zumindest ein Positionieren und Befestigen der Permanentmagnete unterstützt wird.
Die Rotorzähne 3 weisen einen etwa dreieckförmigen Querschnitt, mit einem breiteren radial nach außen gerichteten Ende, wobei die Seitenflächen der Rotorzähne vorzugsweise in etwa in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse verlaufen. Das nach außen gerichtete Ende ist mit sich in tangentialer Richtung der Rotoranordnung 1 erstreckenden Armen versehen, so dass die Rotorzähne 3 im Wesentlichen T-förmig ausgebildet sind. Die Rotorzäh- ne 3 stehen weiterhin in radialer Richtung mit einem Innenelement 5 in Verbindung, in dem die Mittenöffnung 2 der Rotoranordnung 1 vorgesehen ist. Die Arme der T-förmigen Rotorzähne 3 sind in einer Umfangsrichtung der Rotoranordnung 1 angeordnet und bilden dadurch eine Außenseite der Rotoranordnung 1 und äußere Haltekanten 7 für die zwischen den Rotorzähnen 3 gebildeten Taschen. Zwischen dem Innenelement 5 und den Rotorzäh- nen 3 ist jeweils ein Verbindungselement 6 vorgesehen, das mindestens eine weitere Haltekante 8 bildet. Die Haltekanten 7, 8 definieren so die Taschen für eine Positionierung der Permanentmagnete in der Rotoranordnung 1 und einer Unterstützung deren Befestigung.
Jeder der Permanentmagnete wird bei der Montage des Elektromotors in die entsprechen- de Tasche 4 so eingesetzt, dass die Magnete in Umfangsrichtung der Rotoranordnung 1 magnetisiert sind. Permanentmagnete in zueinander benachbarten Taschen 4 sind mit zueinander entgegen gesetzter Polung angeordnet, d.h., dass bei zwei in der Rotoranordnung 1 benachbarten Permanentmagneten deren Südpole bzw. deren Nordpole an dem dazwischen liegenden Rotorzahn 3 anliegen. Bei einer derartigen Rotoranordnung 1 dienen die Rotorzähne 3 dazu, den von den Permanentmagneten erzeugten magnetischen Fluss in radialer Richtung nach außen hin über die Außenseite der T-Arme der Rotorzähne 3 zu führen, d.h. über den von jedem Rotorzahn 3 gebildete Teil der Außenfläche der Rotoranordnung 1. Optimal wäre es, wenn der gesamte magnetische Fluss auf diese Weise über den entsprechenden Teil der Außenfläche der Rotoranordnung 1 in die Umgebung der Rotoranordnung 1 abgegeben würde und kein magnetischer Fluss zwischen Nordpol und Südpol eines Permanentmagneten innerhalb der Rotoranordnung verlaufen würde. Jedoch bewirkt die Anordnung der Rotorzähne 3 an dem Innenelement 5 der Rotoranordnung 1 eine Materialverbindung zwischen dem Nordpol und dem Südpol eines Permanentmagneten und führt daher dazu, dass magnetischer Fluss eines Permanentmagneten innerhalb der Rotoranordnung 1 durch das Innenelement 5 verläuft. Dieser durch das Innenelement verlaufende magnetische Fluss reduziert den mit der Statorwicklung verketteten magnetischen Fluss und reduziert dadurch die Ausnutzung des eingesetzten Magnetmaterials bzw. das erzielte Drehmoment eines mit einer solchen Ro- toranordnung 1 aufgebauten Elektromotors.
Die magnetische Flussdichte ist in dem Material der Bleche der Rotoranordnung 1 deutlich höher als in Luftspalten. Die Idee der vorliegenden Erfindung sieht vor, den Querschnitt des Materials, mit dem eine Verbindung zwischen einem Nordpol und einem Südpol eines Per- manentmagneten geschaffen wird, zu reduzieren und stattdessen einen Abstand (Luftspalt) vorzusehen. Dazu wird die Rotoranordnung 1 im Unterschied zu der Aufbauweise gemäß dem Stand der Technik mit mindestens zwei verschiedenen Lagen von Blechen aufgebaut. Die verschiedenen Lagen der Bleche sind in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellt. Ein Blech 10 ersten Typs ist in Fig. 2 dargestellt. Das Blech 10 ersten Typs, das aus einem Innenteil 1 1 und daran über Verbindungsabschnitte 16 fest anhängenden Rotorzahnelementen 12 zusammengesetzt ist, ist im Wesentlichen einstückig aus Elektroblech gefertigt, welches vorzugsweise gestanzt wird. Beim Stapeln der Bleche sind die Rotorzahnelemente 12 Teil der Rotorzähne 3, das Innenteil 1 1 Teil des Innenelementes 5 und die Verbindungsabschnitte 16 Teil der Verbindungselemente 6.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Blech 10 ersten Typs vierzehn Rotorzahnelemente 12 auf. Die Anzahl der Rotorzahnelemente 12 ist jedoch nicht auf vierzehn beschränkt und kann auch mehr oder weniger als vierzehn betragen. In Fig. 3 sind Bleche 13 zweiten Typs z.B. als das Ergebnis einer weiteren Stanzung dargestellt. Dabei werden vier- zehn Einzel-Rotorzahnelemente 13 entsprechend der Anzahl der auszubildenden Rotorzähne 3 ausgestanzt, ohne dass diese Rotorzähne über ein entsprechendes Innenteil 11 (wie bei dem Blech 10 ersten Typs) miteinander verbunden sind. Bei den Blechen 13 zweiten Typs handelt es sich, wie in Fig. 3 gezeigt, um vierzehn voneinander getrennte Einzel- Rotorzahnelemente 13, deren Form im wesentlichen der der Rotorzahnelemente 12 aus der ersten Stanzung entspricht.
Die Rotorzahnelemente 12 der Bleche 10 ersten Typs und die Einzel-Rotorzahnelemente 13 aus den Blechen zweiten Typs sind mit einer Prägung 14, wie z.B. mit Paketierpunkten oder mit einer Stanzpaketierung, an jeweils der entsprechenden Position und mit der gleichen Form vorgesehen. Die Prägung 14 bewirkt auf einer Seite der Rotorzahnelemente 12 bzw. der Einzel-Rotorzahnelemente 13 eine Erhebung und auf der dazu gegenüberliegenden Seite eine Vertiefung. Beim Aufeinanderstapeln von Rotorzahnelementen 12 und Einzel-Rotorzahnelemente 13 in beliebiger Reihenfolge greifen somit die entsprechenden Erhebungen der entsprechenden Prägung 14 in eine entsprechende Vertiefung des benachbarten Rotorzahnelemente 12 bzw. Einzel-Rotorzahnelemente 13 ein. Dadurch werden die Rotorzahnelemente 12 bzw. Einzel-Rotorzahnelemente 13 verrutschsicher aneinander gehalten.
Wie in der perspektivischen Darstellung der Fig. 1 gezeigt und wie weiterhin aus Fig. 4, in der ein Querschnitt durch einen Rotorzahn 3 in axialer Richtung gezeigt ist, werden Bleche 10 ersten Typs abwechselnd mit Blechen 13 zweiten Typs in axialer Richtung aufeinander gestapelt, bis eine gewünschte Länge L der Rotoranordnung 1 entsteht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden Bleche einer Dicke von 0,5 mm vorgesehen und zwölf Bleche 10 ersten Typs und elf Bleche 13 zweiten Typs abwechselnd angeordnet.
Vorzugsweise werden beim Aufbau der Rotoranordnung 1 die Bleche 10 ersten Typs als Außenflächen der so gebildeten Rotoranordnung 1 vorgesehen, wodurch keine zusätzlichen Maßnahmen zum Befestigen der Bleche 13 zweiten Typs an der Außenseite der Rotoranordnung 1 vorgesehen werden müssen. In der gezeigten Ausführungsform werden somit zwölf Bleche 10 ersten Typs und elf Bleche 13 zweiten Typs vorgesehen, so dass die Bleche 13 zweiten Typs jeweils zwischen zwei Blechen 10 ersten Typsangeordnet sind. Die Bleche 13 zweiten Typs werden dort durch ein entsprechendes Eingreifen der Erhebungen in die entsprechenden Vertiefungen der Prägungen 1 gehalten sind.
Wie in der Ausführungsform der Fig. 5 gezeigt ist es nicht notwendig, die Bleche 10 ersten Typs und die Bleche 13 zweiten Typs in Lagen abwechselnd anzuordnen. Auch können mehrere Lagen von Blechen 13 zweiten Typs zwischen zwei Blechen 10 ersten Typs ange- ordnet sein, da diese sich durch die entsprechenden Prägungen 14 auch gegenseitig fixieren können. Zur Erhöhung der Stabilität der Rotoranordnung 1 können vorzugsweise mehr als ein Blech 10 ersten Typs aufeinander, insbesondere an den Außenseiten (in axialer Richtung) der Rotoranordnung 1 vorgesehen sein, im in Fig. 5 gezeigten Beispiel z.B. drei Bleche 10 ersten Typs auf jeder Seite der Rotoranordnung 1.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist jede Lage der Rotoranordnung 1 ein Innenteil 11 auf. Die Blechlagen, die im Inneren, d.h. zwischen mindestens zwei Außenlagen, die als Bleche 10 ersten Typs , wie in Fig. 2 gezeigt, ausgebildet sind, weisen weitere Bleche ersten Typs auf, wie sie in Fig. 6 gezeigt sind. Die weiteren Bleche 10 ersten Typs weisen ein Innenteil 15 auf, das über einen entsprechenden Verbindungsabschnitt 16 mit einem Rotorzahnelement 12 verbunden ist. Bei derselben Stapelung werden jedoch weiterhin Einzel-Rotorzahnelemente 13 gebildet, die nicht mit dem Innenteil 15 in Verbindung stehen. Auf diese Weise können auch die Innenlagen mit einem Innenteil 15 versehen sein, sodass bei der Montage einer Rotorwelle, insbesondere beim Einpressen der Welle und beim Verstemmen der Bleche an den Stirnseiten der Rotoranordnung 1 , diese in verbesserter Weise montiert werden kann, da jede Lage von Blechen flächig an der Welle anliegt. Damit können in einem Innenbereich der Anordnung der Bleche größere Kräfte zum Aufpressen und Verstemmen angreifen, ohne dass sich die einzelnen Rotorarme 3 bei der Montage verbiegen.
In Fig. 6 ist das weitere Blech ersten Typs in einer Draufsicht gezeigt, bei der das Innenteil 15 mit nur einem Rotorzahnelement 12 in Verbindung steht. Zum Aufbau einer Rotoranordnung gemäß der zweiten Ausführungsform können nun abwechselnd ein Blech 10 ersten Typs, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, und die weiteren Bleche ersten Typs, wie sie in Fig. 6 gezeigt sind, abwechselnd oder in sonstiger Abfolge angeordnet sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel können vierzehn (oder ein Vielfaches davon) Blechlagen (Lagen von Blechen), wie sie in Fig. 6 gezeigt sind, in der Rotoranordnung 1 angeordnet sind. Dabei wird jede der weiteren Bleche ersten Typs der Fig. 6 so zueinander verdreht, dass der jeweilige Verbindungsabschnitt 16 zwischen dem Innenteil 15 und dem Rotorzahnelement 12 in Um- fangsrichtung zueinander versetzt sind, so dass eine achssymmetrische Anordnung der Verbindungsabschnitte 16 aller weiteren Blechlagen erreicht wird. Auf diese Weise kann eine Unwucht und eine elektromagnetische Unsymmetrie der Rotoranordnung 1 weitgehend vermieden werden. Generell ist es sinnvoll, dass jeder der Rotorzähne 3 der Rotoranordnung 1 mit der gleichen gesamten Anzahl von Verbindungsabschnitten 16 und damit über den gleichen Querschnitt von Blechmaterial mit dem Innenelement 5 verbunden ist. Deshalb sind in der dargestellten Ausführung vorzugsweise vierzehn Lagen von weiteren Blechen ersten Typs, wie sie in Fig. 6 gezeigt sind, in der Rotoranordnung 1 vorgesehen (oder ein Vielfaches davon), die zueinander in den entsprechend verschiedenen in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind, so dass einerseits eine Unwucht vermieden wird und weiterhin das magnetische Verhalten für jeden der Rotorarme 3 gleich gehalten wird.
Allgemein sollte eine Anzahl von identischen Blechen ersten Typs mit jeweils der gleichen Anzahl von damit verbundenen Rotorzahnelementen vorgesehen sein, wobei das Produkt der Anzahl der dieser identischen Bleche ersten Typs und der Anzahl von Rotorzahnelementen an einem dieser Bleche ersten Typs einem ganzzahligen Vielfachen der Anzahl der Rotorzähne entspricht. Diese Bleche sind in der Stapelanordnung in einer Anzahl von ver- schiedenen Versatzen in tangentialer Richtung versetzt zueinander gestapelt, wobei die
Anzahl von Versatzen einer Anzahl entspricht, die sich aus der Anzahl der Rotorzähne dividiert durch die Anzahl von Rotorzahnelementen an jedem Blech 10 ersten Typs ergibt. Dadurch lassen sich Unwuchten in der Rotoranordnung vermeiden und für jeden Rotorzahn einen gleichmäßigen magnetischen Fluss erreichen. Nachteilig insbesondere bei der Mon- tage der Rotoranordnung ist eine Stapelanordnung bei der in jeder Lage nur jedes zweite Rotorzahnelement mit dem Innenelement verbunden ist und bei jedem Rotorzahn wechselweise ein mit dem Innenelement verbundenes Rotorzahnelement und ein Einzel- Rotorzahnelement vorgesehen ist. Diese Variante sollte daher durch die oben beschriebene allgemeine Regel nicht umfasst sein.
Gemäß weiteren Ausführungsformen können die in Fig. 6 gezeigten weiteren Bleche ersten Typs, die über einen Verbindungsabschnitt 16 verbundenen Innenteil 15, ein Rotorzahnelement 12 sowie aus Einzel-Rotorzahnelementen 13 zusammengesetzt sind, eine beliebige Anzahl von Verbindungsabschnitten 16 aufweisen, mit der ein Teil der Rotorzahnele- mente 12 mit dem Innenteil 15 verbunden ist. Die Anordnung einer derartigen Stanzlage mit einem Blech 10 ersten Typs kann in geeigneter Weise erfolgen, wobei die Bleche 10 ersten Typs z.B. von der in Fig. 2 gezeigten Art die Außen- bzw. Stirnseiten der so gebildeten Rotoranordnung 1 bilden.
Die Anordnung der weiteren Bleche ersten Typs im Inneren der Rotoranordnung 1 ist im Wesentlichen beliebig, wobei die Gesamtanzahl (über alle Lagen der Rotoranordnung 1 ) der Verbindungsabschnitte 16 zwischen dem Innenelement 5 und dem entsprechenden Rotorzahn 3 für jede radiale Winkelposition bezüglich der Rotorachse gleich ist, sodass jeder der Rotorarme 3 mit einem weiteren der Rotorarme 3 über eine Materialverbindung von Blech mit dem gleichen Querschnitt verbunden ist. Dadurch sind die magnetischen Flüsse zwischen zwei benachbarten Rotorzähnen, die mit Permanentmagneten identischer Eigenschaften versehen sind, im Wesentlichen gleich. Um die Stabilität zu gewährleisten, ist vorzugsweise vorzusehen, dass die Anzahl unmittelbar aufeinander liegenden Einzel- Rotorzahnelemente 13 beschränkt ist, z.B. auf zwei oder drei.

Claims

Ansprüche
1. Rotoranordnung (1 ) für einen Elektromotor, mit einem Innenelement mit einer Mittenöffnung zur Aufnahme einer Rotorwelle und einer Anzahl von Rotorzähnen (3), die mit einem Magnetpol eines Permanentmagneten koppelbar sind; wobei die Rotoranordnung (1 ) durch Stapeln von Blechen (10, 13) in mehreren Lagen aus- gebildet ist, wobei die Bleche umfassen: ein oder mehrere Bleche (10) ersten Typs mit einem Innenteil (11 ) , das eine Mittenöffnung zur Aufnahme einer Rotorwelle aufweist, und mit mindestens einem damit verbundenen von dem Innenteil abstehenden Rotorzahnelement (12); mindestens ein Blech (13) zweiten Typs, das separat als Einzel-Rotorzahnelement (13) ohne eine Verbindung zu einem Innenteil ausgebildet ist, wobei mindestens einer der Rotorzähne (3) durch Stapeln der Bleche (10) ersten Typs und der Bleche (13) zweiten Typs ausgebildet ist.
2. Rotoranordnung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei mindestens ein bestimmtes der Bleche (10) ersten Typs mit einer Anzahl von Rotorzahnelementen (12) vorgesehen ist, die der Anzahl der Rotorzähne (3) entspricht, wobei insbesondere an mindestens einem Ende der Rotoranordnung (1 ) mindestens das bestimmte Blech (10) ersten Typs angeordnet ist.
3. Rotoranordnung (1 ) nach Anspruch 2, wobei bei dem bestimmten Blech ersten Typs die entsprechenden Rotorzahnelemente (12) über einen jeweiligen Verbindungsabschnitt (16) mit dem Innenelement (1 1 ) verbunden sind, wobei insbesondere der Verbindungsabschnitt (16) mit einer Haltevorrichtung für einen Permanentmagneten versehen ist.
4. Rotoranordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Bleche (10, 13) ersten und zweiten Typs als Stanzbleche ausgebildet sind.
5. Rotoranordnung (1 ) nach Anspruch 4, wobei die Rotorzahnelemente (12) und die Einzel-Rotorzahnelemente (13) mit korrespondierenden Strukturen (14) versehen sind, die beim Stapeln ineinander greifen und die jeweils aufeinander gestapelten Rotorzahnelemen- te (12) bzw. Einzel- Rotorzahnelemente (13) in radialer und/oder tangentialer Richtung zueinander fixieren.
6. Rotoranordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jeder der Rotorzähne (3) mit der gleichen Anzahl von Einzel-Rotorzahnelementen (13) ausgebildet ist.
7. Rotoranordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Anzahl von identischen Blechen (10) ersten Typs mit jeweils der gleichen Anzahl von Rotorzahnelementen (12) vorgesehen ist, wobei das Produkt der Anzahl der Bleche (10) ersten Typs und der Anzahl von Rotorzahnelementen (12) an einem der Bleche (10) ersten Typs einem ganzzahligen Vielfachen der Anzahl der Rotorzähne (3) entspricht, wobei die Bleche (10) ersten Typs in der Stapelanordnung in einer Anzahl von verschiedenen Versatzen in tangentialer Richtung versetzt zueinander gestapelt sind, wobei die Anzahl von Versatzen einer Anzahl entspricht, die sich aus der Anzahl der Rotorzähne (3) dividiert durch die Anzahl von Rotorzahnelementen an jedem Blech (10) ersten Typs ergibt.
8. Rotoranordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Einzel- Rotorzahnelement (13) entsprechend dem Blech (13) zweiten Typs im wesentlichen formgleich zu einem der Rotorzahnelemente (12) des Bleches (10) ersten Typs ausgebildet ist.
9. Rotoranordnung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei das Rotorzahnelement (12) und/oder das Einzel-Rotorzahnelement (13) jeweils T-förmig ausgebildet sind, wobei die Außenseite der Arme des Rotorzahnelementes (12) und/oder des Einzel-Rotorzahnelementes (13) eine Außenfläche der Rotoranordnung (1 ) in radialer Richtung bilden.
10. Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei zwischen zwei Rotorzähnen eine Tasche zur Aufnahme eines Permanentmagneten vorgesehen ist, in der ein Permanentmagnet formschlüssig fixierbar ist.
1 1. Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei mindestens zwei Einzel- Rotorzahnelemente aufeinander gestapelt sind.
12. Elektromotor mit einer Rotoranordnung (1 ) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zwischen die Rotorzähne (3) Permanentmagnete in wechselnder Polarität an- geordnet sind, deren Magnetpole an Seitenflächen der Rotorzähne gekoppelt sind.
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