WO2013156347A2

WO2013156347A2 - Permanenterregte elektrische maschine

Info

Publication number: WO2013156347A2
Application number: PCT/EP2013/057391
Authority: WO
Inventors: Otto Klementis; Bjoern Nommensen
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2013-10-24
Also published as: DE102012206424A1; WO2013156347A3

Abstract

Eine permanenterregte elektrische Maschine weist mindestens einen Magneten auf, der in einer Magnetaufnahme sitzt, wobei zur Sicherung des Magneten ein Fixierungselement aus Kunststoff an dem die Magnetaufnahme aufweisenden Bauteil angeordnet ist. Das Fixierungselement weist einen Fixierungsarm auf, der in Radialrichtung über die Kontaktseite zwischen dem Magneten und dem Fixierungselement hinausragt.

Description

Beschreibung Titel

Permanenterregte elektrische Maschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine permanenterregte elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Stand der Technik

Bekannt sind permanenterregte Synchronmotoren, bei denen ein konstant mag- netisierter Rotor von einem bewegten magnetischen Feld im umgreifenden Stator angetrieben wird. Der Rotor weist Permanentmagnete auf, welche in Magnetaufnahmen eines Rotorblechpakets eingesetzt und dort über geeignete Fixierungsmaßnahmen gesichert sind. Hierbei ist auf einen festen Sitz der Permanentmagnete in der Magnetaufnahme zu achten, da ein versehentliches Lösen der Magnete im Rotor im Betrieb der permanenterregten elektrischen Maschine zu einer Zerstörung führen würde.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen einen Magneten in einer Magnetaufnahme einer permanenterregten elektrischen Maschine dauerhaft zu fixieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.

Die Erfindung bezieht sich auf eine permanenterregte elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor, welcher vorzugsweise als Antriebsaggregat in einem Fahrzeug eingesetzt wird, beispielsweise zum Antrieb eines Scheibenwischers, als Fensterhebermotor oder als elektrischer Servomotor im Lenksystem. Grundsätzlich kommt aber auch eine Anwendung der elektrischen Maschine außerhalb von Fahrzeugen in Betracht. Bei der permanenterregten elektrischen Maschine handelt es sich beispielsweise um einen Synchronmotor. Die permanenterregte elektrische Maschine weist mindestens einen Permanentmagneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes auf, das mit einem elektromagnetischen Wechselfeld interagiert, um den Rotor der elektrischen Maschine anzutreiben. Das elektromagnetische Wechselfeld wird in bestrombaren Spulen erzeugt. Der Permanentmagnet ist in einer Magnetaufnahme eingesetzt und dort mittels eines Fixierungselementes aus Kunststoff gesichert. Das Kunststoff- Fixierungselement ist an dem Bauteil angeordnet, in das die Magnetaufnahme eingebracht ist. Das Fixierungselement weist einen Fixierungsarm auf, der in eine Verankerungsöffnung in dem die Magnetaufnahme aufweisenden Bauteil einragt. Der Fixierungsarm erstreckt sich, in Radialrichtung gesehen, über die

Kontaktseite zwischen dem Magneten und dem Fixierungselement hinaus.

Das Kunststoff-Fixierungselement sichert den Magneten in Radialrichtung in der Magnetaufnahme, die insbesondere als halboffene Aufnahmetasche ausgebildet ist, welche radial nach außen geschlossen und radial nach innen offen ausgebildet ist, wobei an der radialen Innenseite das Kunststoff-Fixierungselement zur Sicherung des Magneten angeordnet ist. Dementsprechend befindet sich auch die Kontaktseite zwischen dem Magneten und dem Fixierungselement an der radialen Innenseite. Der Fixierungsarm des Fixierungselementes ragt über die ra- diale Innenseite hinaus, so dass der radial am weitesten außen liegende Teil des

Fixierungsarms einen radialen Abstand zur Kontaktseite zwischen Magnet und Fixierungselement aufweist.

Beim Erkalten schrumpft das Kunststoffmaterial des Fixierungselementes, wo- durch die Fixierungsarme verkürzt werden und der an der offenen Seite der

Magnetaufnahme befindliche Teil des Fixierungselementes gegen die Kontaktseite des Permanentmagneten gedrückt wird. Im Betrieb kann sich das Kunststoffmaterial des Fixierungselementes erwärmen, wodurch eine Elongation des Fixierungsarms erfolgt, die jedoch beim erneuten Erkalten wieder rückgängig gemacht wird, so dass der Permanentmagnet von dem Fixierungselement wieder in die Magnetaufnahme gepresst wird. Der Fixierungsarm nutzt somit den Schrumpfungseffekt des Kunststoffmaterials, um den Magneten elastisch in der Magnetaufnahme zu spannen und zu fixieren. Auf diese Weise kann Spiel des Permanentmagneten in der Magnetaufnahme für eine lange Betriebsdauer vermieden werden. Trotz einer unterschiedlichen Materialwahl von Magnetmaterial, Kunststoffmaterial und dem Material des Bauteils, in das die Magnetaufnahme eingebracht ist, sowie unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien kann die Spielfreiheit gewährleistet werden. Der Permanentmagnet ist somit in der Magnetaufnahme sicher fixiert.

Zweckmäßigerweise besitzt das Fixierungselement zwei Fixierungsarme, die den Magneten an beiden Seiten in Radialrichtung überragen. Auf diese Weise ist das Fixierungselement nach Art eines Hosenträgers über seine beiden Fixierungsarme symmetrisch an dem Bauteil aufgehängt und kann über die gesamte Kontaktseite zwischen Magnet und Fixierungselement eine den Magneten in die Magnetaufnahme beaufschlagende Kraft erzeugen.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist das Fixierungselement als Kunststoff-Spritzgussbauteil ausgeführt, das an die Magnetaufnahme aufweisende Bauteil und den Magneten angespritzt ist. Bei radialer Fixierung des Magneten befindet sich das Kunststoffmaterial des Fixierungselementes an der radial innen liegenden Kontaktseite. Der Fixierungsarm erstreckt sich in die Verankerungsöffnung in dem Bauteil hinein und verläuft radial nach außen, gegebenenfalls mit überlagerter Komponente in Umfangsrichtung. Beim Kunststoff- Spritzgussverfahren kann das Kunststoffmaterial in die Verankerungsöffnung einfließen, wobei auch Hinterschnitte von dem Kunststoffmaterial ausgefüllt werden können, so dass im ausgehärteten Zustand der Fixierungsarm formschlüssig in der Verankerungsöffnung aufgenommen ist.

Es kann zweckmäßig sein, das Kunststoff-Fixierungselement nicht nur an die radial innen liegende Kontaktseite des Magneten anzuspritzen, sondern zusätzlich auch an der axialen Stirnseite des Magneten, um auf diese Weise eine axiale Fixierung des Magneten in der Magnetaufnahme zu erreichen und das axiale Magnetspiel zu eliminieren oder zumindest zu reduzieren. Die Verankerungsöffnung, welche sich neben der Magnetaufnahme in dem Bauteil befindet, weist zweckmäßigerweise einen Kanal auf, der in eine Ankeraus- nehmung mit größerem Querschnitt als der Kanal mündet, wodurch ein gewünschter Hinterschnitt und eine formschlüssige Aufnahme des Fixierungsarms in der Ankerausnehmung erreicht wird.

Die Verankerungsöffnung, insbesondere die Ankerausnehmung als Endpunkt der Verankerungsöffnung, ragt vorteilhafterweise über die radiale Mitte des Magneten hinaus. Dadurch ergibt sich eine verhältnismäßig lang ausgeführte Verankerungsöffnung und entsprechend ein lang ausgebildeter Fixierungsarm, wodurch der Effekt der Elongation bei Erwärmung und Schrumpfung beim Erkalten stärker ausgebildet ist und die radiale Druckkraft auf den in der Magnetausnehmung aufgenommenen Magneten entsprechend größer ist. Gegebenenfalls kann sich der Endpunkt der Verankerungsöffnung benachbart zum radial oberen Ende der Magnetaufnahme, jedoch in Umfangsrichtung versetzt zu dieser befinden.

Gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung ist das Bauteil, welches die Magnetaufnahme aufweist, der Rotor der elektrischen Maschine. Es handelt sich bevorzugt um einen Innenläufer-Motor, so dass der Rotor von dem Stator umgriffen ist. Grundsätzlich kommt aber auch eine Ausführung in Betracht, bei der der Permanentmagnet in die Innenwand des greifenden Stators integriert ist, wobei das elektromagnetische Wechselfeld über bestrombare Spulen erzeugt wird, die am Rotor angeordnet sind. Des Weiteren kommen grundsätzlich auch Außenläufermotoren in Betracht.

Über den Umfang verteilt sind zweckmäßigerweise mehrere Permanentmagnete angeordnet, die jeweils in einer Magnetaufnahme platziert sind und mittels eines

Kunststoff-Fixierungselementes in der Magnetaufnahme gesichert sind. Die Magnete können mittels der Fixierungselemente alle in gleicher Weise in dem die Magnetaufnahme enthaltenden Bauteil gesichert sein. In diesem Fall sind zwischen allen benachbarten Magneten Verankerungsöffnungen zur Aufnahme von Fixierungsarmen eingebracht. In Betracht kommen sowohl Ausführungen mit nur einer Verankerungsöffnung zwischen benachbarten Magnetaufnahmen, wobei die Verankerungsöffnung zu zwei Fixierungselementen gehört, als auch Ausführungen mit jeweils einer Verankerungsöffnung pro Fixierungselement zwischen benachbarten Magnetaufnahmen. Zweckmäßigerweise umfasst der Rotor ein Lamellenpaket mit mehreren, parallel angeordneten Einzellamellen, in die die Magnetaufnahme für den Permanentmagneten eingebracht ist. Die Verankerungsöffnung für den Fixierungsarm ist in eine Decklamelle eingebracht, die sich an der axialen Stirnseite des Lamellenpaketes befindet.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem Rotor einer permanenterregten elektrischen Maschine, mit einem Permanentmagneten, der mittels eines Fixierungselementes aus Kunststoff am Rotorblechpaket fixiert ist,

Fig. 2 das Rotorblechpaket in perspektivischer Ansicht,

Fig. 3 eine stirnseitige Ansicht des Rotorblechpakets,

Fig. 4 einen Schnitt längs durch das Rotorblechpaket.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist ausschnittsweise ein Rotor 1 für eine permanenterregte elektrische Maschine dargestellt, die als Innenläufermotor ausgebildet ist. Der Rotor 1 weist ein Blech- bzw. Lamellenpaket 2 mit einer Mehrzahl parallel zueinander angeordneter einzelner Blechlamellen auf, die in Achsrichtung gestapelt sind und in die über den Umfang verteilt mehrere Magnetaufnahmen 3 zur Aufnahme jeweils eines Permanentmagneten 4 eingebracht sind. Die Magnetaufnahme 3 ist als eine im Querschnitt U-förmige Aufnahmetasche ausgebildet, welche radial nach außen - in Richtung des umgreifenden Stators - geschlossen und radial nach innen offen ausgebildet ist. Die Lamellen, aus denen das Blech- bzw. Lamellenpaket 2 besteht, weisen jeweils einen radial innen liegenden Lamellenkern 6 und einen radial außen liegenden, umgreifenden Lamellenring 7 auf, in den die ta- schenförmigen Magnetaufnahmen 3 eingebracht sind. Lamellenkern 6 und Lamellenring 7 sind über radial sich erstreckende Stützstege 8 miteinander verbunden, die zugleich in Umfangsrichtung einen Aufnahmeraum für das Fixierungselement 5 begrenzen. Das Fixierungselement 5 besteht aus Kunststoff und wird im Spritzgussverfahren in den Aufnahmeraum eingespritzt, wodurch der Permanentmagnet 4 in der Magnetaufnahme 3 gesichert und fixiert wird. Hierbei liegt das Fixierungselement 5 an der radial innen liegenden Kontaktseite des Permanentmagneten 4 an und beaufschlagt diesen mit einer radial nach außen gerichteten Klemm- bzw. Fixierungskraft.

Das Fixierungselement 5 besteht zum einen aus dem Fixierungsgrundkörper, der an der Kontaktseite 9 des Permanentmagneten 4 anliegt und sich radial gegenüberliegend an dem Lamellenkern 6 abstützt. Zum andern sind einteilig mit dem Grundkörper des Fixierungselementes 5 zwei seitliche Fixierungsarme 10 ausgebildet, die sich vom Grundkörper des Fixierungselementes aus radial nach außen erstrecken. In mindestens eine der Lamellen des Lamellenpakets 2, vorzugsweise in eine an der axialen Stirnseite angeordnete Decklamelle, ist eine Verankerungsöffnung 1 1 eingebracht, die sich bezogen auf die radial innen liegende Kontaktseite 9 des Permanentmagneten 4 radial weiter nach außen erstreckt, so dass auch der in die Verankerungsöffnung 1 1 eingespritzte Fixierungsarm 10 die Kontaktseite 9 in Radialrichtung überragt. In Umfangsrichtung gesehen befinden sich zu beiden Seiten der Magnetaufnahme 3 jeweils Verankerungsöffnungen 1 1 , die sich radial bis in die Nähe der Außenseite des Blechbzw. Lamellenpakets 2 erstrecken.

Jede Verankerungsöffnung 1 1 besteht aus einem annähernd sich in Radialrichtung erstreckenden Kanal und einer radial außen liegenden Ankerausnehmung, die einen größeren Querschnitt als der Kanal aufweist, so dass das Kunststoffmaterial des Fixierungsarms 10 formschlüssig in der radial außen liegenden Ankerausnehmung aufgenommen ist.

Die beiden sich in Radialrichtung auf gegenüberliegenden Seiten des Permanentmagneten 4 erstreckenden Fixierungsarme 10 des Fixierungselementes 5 wirken nach Art eines Hosenträgers und ziehen den Grundkörper 5 radial nach außen gegen die Kontaktseite 9 des Permanentmagneten, wodurch dieser in die taschenförmige Magnetaufnahme 3 hineingedrückt wird. Im Betrieb der elektrischen Maschine erwärmt sich das Material des Fixierungselementes 5, wodurch es zu einer Elongation der Fixierungsarme 10 kommt. Konstruktiv sowie in Bezug auf die Materialwahl ist das Fixierungselement 5 einschließlich der Fixierungsarme 10 so gestaltet, dass auch im erwärmten Zustand eine ausreichende Fixie- rung des Permanentmagneten 4 in der Magnetaufnahme 3 gewährleistet ist. Mit dem Abkühlen schrumpft das Material des Fixierungselementes einschließlich der Fixierungsarme, wodurch der an der Kontaktseite 9 anliegende Grundkörper des Fixierungselementes wieder radial gegen die Kontaktseite 9 des Permanentmagneten 4 mit radial nach außen gerichteter Kraft gedrückt wird.

Es kann gegebenenfalls zweckmäßig sein, so wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, dass sich jeweils zwei Verankerungsöffnungen 1 1 eine gemeinsame, das radiale Ende markierende Ankerausnehmung teilen.

Des Weiteren ist es zweckmäßig, dass das eingespritzte Kunststoffmaterial des Fixierungselementes 5 auch die axiale Stirnseite des Permanentmagneten 4 bedeckt, wodurch der Permanentmagnet 4 zusätzlich axial gesichert ist.

In den Fig. 2 bis 4 ist ein Ausführungsbeispiel eines Rotors 1 mit einem Blechbzw. Lamellenpaket 2 dargestellt, welches an zumindest einer axialen Stirnseite von einer Decklamelle 12 überdeckt ist, in die die Verankerungsöffnungen 1 1 eingebracht sind. Die Verankerungsöffnungen 1 1 sind vorteilhafterweise ausschließlich in die Decklamelle 12 eingebracht, nicht jedoch in den weiter innen liegenden Lamellen des Blech- bzw. Lamellenpakets 2. Des Weiteren ist zwischen benachbarten Magnetaufnahmen nur eine Verankerungsöffnung 1 1 eingebracht, in die ein Fixierungsarm des Fixierungselementes eingebracht werden kann. Somit teilen sich jeweils zwei Fixierungselemente einen gemeinsamen Fixierungsarm zwischen benachbarten Magneten. Im Unterschied hierzu sind beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 jeweils zwei Fixierungsarme in separaten Kanälen der Verankerungsöffnung zwischen benachbarten Magneten angeordnet. Die Verankerungsöffnungen weisen nur eine gemeinsame, radial außen liegende Ankerausnehmung auf, über die Fixierungsarme unterschiedlicher Fixierungselemente miteinander verbunden sind.

Claims

Ansprüche

1 . Permanenterregte elektrische Maschine, insbesondere für ein Aggregat in einem Fahrzeug, mit mindestens einem Magneten (4), der in einer Magnetaufnahme (3) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Sicherung des Magneten (4) in der Magnetaufnahme (3) ein Fixierungselement (5) aus Kunststoff an dem die Magnetaufnahme (3) aufweisenden Bauteil angeordnet ist, wobei das Fixierungselement (5) einen Fixierungsarm(I O) aufweist, der in eine Verankerungsöffnung (1 1 ) im Bauteil einragt, und der Fixierungsarm (10) in Radialrichtung über die Kontaktseite (9) zwischen dem Magneten (4) und dem Fixierungselement (5) hinausragt.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierungselement (5) zwei Fixierungsarme (10) aufweist, die den Magneten (4) an beiden Seiten in Radialrichtung überragen.

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierungselement (5) aus Kunststoff an das die Magnetaufnahme

(3) aufweisende Bauteil und den Magneten (4) angespritzt ist.

4. Elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierungselement (5) aus Kunststoff an die axiale Stirnseite des Magneten

(4) angespritzt ist.

5. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung mehrere Magnete (4) im Bauteil angeordnet sind und dass zwischen allen benachbarten Magneten (4) Verankerungsöffnungen (1 1 ) zur Aufnahme von Fixierungsarmen (10) eingebracht sind.

6. Elektrische Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Fixierungselemente (5) einen gemeinsamen Fixierungsarm (10) zwischen benachbarten Magneten (4) aufweisen.

7. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das die Verankerungsöffnung (1 1 ) und der darin aufgenommene Fixierungsarm (10) sich über die radiale Mitte des Magneten (4) hinaus erstrecken.

8. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil, welches die Magnetaufnahme (3) aufweist, der Rotor (1 ) der elektrischen Maschine ist.

9. Elektrische Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1 ) ein Lamellenpaket (2) mit mehreren, parallel angeordneten Lamellen aufweist, in die die Magnetaufnahme (3) eingebracht ist.

10. Elektrische Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungsöffnung (1 1 ) in die an der axialen Stirnseite angeordnete Decklamelle (12) des Lamellenpakets (2) eingebracht ist.