WO2019015935A1 - Rotor eines elektromotors und elektromotor - Google Patents

Rotor eines elektromotors und elektromotor Download PDF

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WO2019015935A1
WO2019015935A1 PCT/EP2018/067538 EP2018067538W WO2019015935A1 WO 2019015935 A1 WO2019015935 A1 WO 2019015935A1 EP 2018067538 W EP2018067538 W EP 2018067538W WO 2019015935 A1 WO2019015935 A1 WO 2019015935A1
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WO
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rotor
blocks
individual
armature
magnets
Prior art date
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PCT/EP2018/067538
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English (en)
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Inventor
Lothar Schröder
Original Assignee
Continental Automotive Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • 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
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    • 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
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    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/03—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies having permanent magnets

Definitions

  • Rotor of an electric motor and an electric motor The present invention relates to a rotor of a Elect ⁇ romotors and an electric motor having such a rotor.
  • a method for producing such a rotor is also proposed, as well as an actuator unit with such an electric motor and a vehicle with such an electric motor and / or such an actuator unit.
  • Electric motors are known from the prior art, the rotors are provided with parallelepiped-shaped permanent magnets, which are arranged in a so-called spoke arrangement, also referred to as "Spoke design", buried in the laminated core over the circumference of a pole-forming armature laminations.
  • the anchor plate package in which the individual magnets are aligned edgewise in the radial direction, at the same time represents the link to a shaft, via which a torque is to be transmitted.
  • the assembly of the anchor sheet package and the individual magnets may further be overmolded with a plastic for structural support.
  • An object of the present invention is to provide an improved rotor.
  • Claims 13, 14 and 15 protect an electric motor, an actuator unit and a vehicle.
  • the claim 16 provides a method for producing such a rotor under protection.
  • Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. It is proposed a rotor for use in an electric motor, wherein the rotor a plurality of pole forming Ankerab ⁇ sections in the form of individual anchor blocks and a plurality Magnets or permanent magnets, which are assembled in conjunction with the armature blocks to an at least substantially annular arrangement.
  • pole forming metallic anchor portions of the rotor which may be either loosely or formed as part of a contiguous metallic anchor structure, wherein the anchor structure is connectable to a rotor shaft.
  • Both the loose metallic anchor sections and the contiguous metallic anchor structure can be designed in each case as a laminated core.
  • the laminated core can be composed of a variety punched sheets. In principle, however, the individual sheets may also be sheets cut by means of a laser or also sintered sheets.
  • the magnets arranged in each case between two adjacent armature blocks are wedge-shaped and placed against the associated armature blocks to form an at least punctiform, linear and / or surface-like contact.
  • the distances or air gaps between the individual anchor blocks and the associated magnets, which are imperative in the circumferential direction, can be reduced to a minimum by providing the magnets with formation of an at least punctiform, linear and / or sheet-like contact the respective associated anchor blocks are created.
  • the dimensions of the armature blocks in the circumferential direction are selected so that the individual magnets can be inserted into the receiving wells formed by the armature blocks without being scratched substantially.
  • the resulting here after the introduction inevitably between the individual magnets and the associated anchor blocks intervals or air gaps, about 0.1 to 0.3 mm can be filled with the encapsulation of the annular arrangement of the individual anchor blocks and magnets with a plastic.
  • Such a thin plastic film forming between the individual anchor blocks and magnets adversely affects a magnetic flux in the armature structure of the rotor.
  • the proposed wedge-shaped magnets can minimize such losses with respect to the magnetic flux in the armature structure.
  • spoke arrangement also known as a "spoke" design - are of parallelepiped permanent magnets forming on the circumference of a pole laminated armature core, and rotor core packet called buried in the armature core arranged, the magnets each having at least We ⁇ sentlichen aligned radially to the annular arrangement.
  • the wedge shape of the individual magnets can thereby taper towards the outer circumference of the annular arrangement.
  • the wedge shape of the individual magnets can also taper towards the inner circumference of the annular arrangement.
  • the internal arrangement of the individual armature blocks and magnets is a
  • the metallic anchor portions of the rotor are formed in the form of individual, loose, pole-forming armature blocks.
  • a plastic extrusion for connecting the annular arrangement provided with a shaft and / or a hub for connection to a shaft, because in this case the annular arrangement is connectable only via the plastic extrusion as part of the rotor structure with the shaft or hub.
  • the individual, loose anchor blocks can each be anchored to a rotor central axis facing the inside at least by means of an anchoring means in the plastic extrusion.
  • the at least one anchoring means may extend from the associated anchor block into the plastic extrusion.
  • the at least one anchoring means may be e.g. be formed eye-shaped, hook-shaped and / or pin-shaped.
  • the anchoring means may e.g. be formed in the shape of a half-ring or in the form of a substantially formed solid ring. Additionally or alternatively, the
  • Anchoring means also have other configurations, which fall about as the design eyelet shape, such as a part-circular design. In principle, however, other forms of anchoring are conceivable. Also, a combination of eye-shaped anchoring forms in addition to other anchoring forms is conceivable, for example in the form of pin and / or hook-shaped anchoring forms. All these different anchoring forms ensure a solid fit to the overmoulded plastic and thus a solid anchoring of the individual anchor blocks in the formed plastic section of the rotor.
  • the armature blocks and the magnets are assembled individually and alternately into a substantially annular arrangement.
  • a single magnet between each two adjacent anchor blocks can be arranged.
  • each individual anchor block can be made of a plurality of stamped metal sheets or
  • the anchor blocks can but basically be formed of a solid material, even if this probably increases the production cost of such an anchor block.
  • a corresponding sheet metal section or a corresponding design of the individual anchor blocks can be designed to optimize the magnetic flux.
  • the aforementioned plastic extrusion coating can be formed from an overmolded thermoplastic or thermosetting plastic.
  • an actuator unit with an electric motor of the type described above is proposed.
  • an actuator unit is understood to mean an actuator, which also comprises an electronic control system in addition to a Elect ⁇ romotor the kind previously described.
  • This may be, for example, an actuating unit for a so-called cooling water control valve, which in addition to an electric motor with the previously described, proposed rotor also includes control electronics.
  • a method for producing a rotor of the previously described type is proposed in which a plurality of anchor sections in the form of individual, pole-forming armature blocks and a plurality of wedge-shaped magnets are assembled into an at least substantially annular arrangement by means of a tool comprising at least one essentially circular tool inner wall become.
  • the individual anchor blocks are applied against the tool inner wall, wherein between each two adjacent anchor blocks arranged at least one wedge-shaped magnet and applied against the anchor blocks to form an at least punctiform, linear and / or sheet-like contact.
  • this outer diameter is subject to variations due to production, which also have a negative effect on a rotor gap between the rotor and the stator when the rotor is installed in a stator.
  • each individual magnet is pressed by means of an associated tool mandrel in the radial direction against the respective associated anchor block in order to ensure the at least point-shaped, linear and / or planar contact.
  • the rotor is encased inside the substantially annular arrangement of the individual anchor blocks and magnets for structural connection to a shaft and / or hub for connection to a shaft with a plastic.
  • Such Kunststoffumspritzung is optional to understand and contributes on the one hand to struk ⁇ turellen support and on the other hand to the weight saving of such a proposed rotor.
  • anchor sections are used in the form of individual, loose, pole forming armature blocks, such a plastic extrusion
  • This is absolutely necessary, especially since the ring-shaped arrangement of the individual armature blocks and magnets is only connected to the shaft or hub via the plastic injection molding.
  • Fig.l is a plan view of a proposed annular
  • FIG 3 shows a representation of a proposed rotor with a supporting plastic structure.
  • Fig.l and Fig.2 illustrates an exemplary substantially annular arrangement 4 from a total of ten metal ⁇ metallic, poles forming anchor blocks 6 and ten permanent magnets 8, which arrangement 4 part of a ten pole rotor 2 (see. Figure 3) for use in an electric motor.
  • the individual anchor blocks 6 are loosely formed and composed of a plurality of, for example, stamped sheets, so that they form anchor plate packets.
  • a substantially centrally formed elongated hole 10 in the individual anchor-iblechen these anchor-sheets to the individual anchor blocks 6 to sammentalk ⁇ by being stacked on each other by means of a corresponding - not shown here - pin, through such a slot 10th extends.
  • the individual slots 10 are aligned radially upright with respect to the annular arrangement 4.
  • the individual sheet metal layers of such an anchor plate package are held together by means of a - not shown here - embossment, which is generated by means of a punch and extending in an axial direction X - X of the annular assembly 4 over the entire length of an associated anchor plate package, so that between the individual sheet metal layers a positive connection is created, which holds the sheet metal layers ⁇ together.
  • the individual pole forming armature blocks are formed as part of a contiguous metallic armature structure, wherein the armature structure is connectable to a rotor shaft.
  • the anchor structure is expediently designed as a laminated core from eg stamped sheets.
  • a wedge-shaped, ground permanent magnet 8 is in each case arranged and placed against the anchor blocks 6, so that in each case at least one point-shaped, linear and / or sheet-like contact is ensured.
  • the wedge angle with respect to the individual magnets 8 is 2 ° by way of example. Due to tolerances, an ideal full-area contacting of the magnets 8 via their contact surfaces with the associated armature blocks 6 will not be possible. Rather, only a locally achievable at least punctiform, line-shaped and / or sheet-like contacting be mentioned.
  • the anchor blocks are designed in the circumferential direction so that the individual magnets can be inserted into the receiving slots formed by the anchor blocks, without being scratched significantly.
  • the distances or air gaps which inevitably arise between the individual magnets and the associated armature blocks after the introduction and which may amount to approximately 0.1 to 0.3 mm, are produced during the encapsulation of the annular arrangement from the individual armatures. kerlocks and magnets filled with a plastic. Such a thin plastic film between the individual anchor blocks and magnets adversely affects a magnetic flux in the armature structure of the rotor.
  • FIGS. 1 and 2 exemplarily illustrates a ten-pole rotor 2 in a so-called collector construction with the annular arrangement 4 shown in FIGS. 1 and 2.
  • a rotor in such a collector construction collects the magnetic field lines of two adjacent magnets in order to bundle them to dissipate radially into a stator.
  • the North Pole formed by an anchor block 6 by the collector construction is as a result a double pole with respect to a single magnet 8.
  • the annular assembly 4 is connectable only via the plastic extrusion 12 with the shaft or hub.
  • the plastic injection molding 12 is absolutely necessary in this case and acts as a direct or indirect link to the - not shown here - shaft, via which a torque is to be transmitted.
  • An advantage of such an embodiment is that no magnetic outflow to the shaft occurs due to the lack of internal to the annular assembly 4 formed metallic connection sections to the shaft. This also improves a magnetic flux in such a rotor.
  • the individual armature blocks forming the poles are formed as part of a contiguous metallic armature structure, wherein the armature structure may be formed as an armature lamination stack, internal to the individual armature blocks are correspondingly connected.
  • ordered metallic connecting portions provided for connection to a shaft.
  • the annular arrangement optionally a plastic extrusion.
  • the plastic extrusion contributes on the one hand to the structural support of the metallic connecting portions and on the other hand to the weight saving of such a ⁇ beaten rotor.
  • the plastic extrusion coating allows the metallic anchor structure to be made particularly fine.
  • the respective armature blocks 6 are concave on an inner side facing a rotor center axis X - X.
  • the concave configuration of the inside is defined by two mutually inclined side portions forming a V-shape.
  • these individual V-shapes form a polygonal shape with a total of 10 corners, which form a positive connection with respect to the plastic extrusion 12.
  • such a V-shape also represents an anchoring means with respect to the plastic extrusion 12.
  • the respective anchor blocks may at one of a rotor center axis X - be provided anchoring ⁇ agent, extending from the associated anchor block into the plastic iumspritzung - not shown here - and with at least one X inside facing ,
  • anchoring reference is hereby made to the German patent application with the application DE 10 2016 209 174.3, which is hereby made the disclosure of the present invention.
  • the grooves formed on the outside of the rotor 2 between each two adjacent armature blocks 6, which are formed by the two armature blocks 6 and the magnet 8 disposed therebetween, can be filled in the course of the plastic extrusion 12 and thus covered.
  • FIG. 3 further illustrates a tool with a circular ⁇ shaped tool inner wall 20, to which the individual An ⁇ kerblöcke 6 and magnets 8, approximately successively to form the annular assembly 4 are applied by such an anchor block 6 on a - not shown here - Fixing pin is placed, which extends through the slot 10 of the associated anchor block 6.
  • the slot 10 allows a radial displacement of the associated armature block 6 for abutment against the tool inner wall 20.
  • Each individual magnet 8 is also a - not shown here - associated tool mandrel, via which the magnet 8 is pressed in the radial direction against the respective associated armature blocks 6 , so that at least one locally punctiform, linear and / or sheet-like contact with the anchor blocks 6 is formed.
  • the individual tool mandrels are not shown in FIG. 3, the through holes 18 caused by the individual tool mandrels are caused by the fact that the tool mandrels are removed from the tool after the plastic extrusion process. Accordingly, one can imagine the tool mandrels instead of the through holes 18.
  • the plastic 12 which has a through-hole 16 lying coaxially to the longitudinal axis X-X of the rotor 2, can be sprayed onto a shaft and / or hub (not shown here) for connection to a shaft.
  • the relevant connection possibilities to a hub are the Professional known as such, so that will not be discussed further.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor eines Elektromotors sowie einen Elektromotor mit einem solchen Rotor. Es wird ein Rotor eines Elektromotors vorgeschlagen, umfassend mehrere Ankerabschnitte in Gestalt von einzelnen Ankerblöcken (6), mehrere Magnete (8), die in Verbindung mit den Ankerblöcken (6) zu einer zumindest im Wesentlichen ringförmigen Anordnung (4) zusammengesetzt sind. Dabei wird vorgeschlagen, die jeweils zwischen zwei benachbarten Ankerblöcken (6) angeordneten Magnete (8) keilförmig auszubilden und gegen die Ankerblöcke (6) unter Ausbildung eines zumindest punktförmigen, linienförmigen und/oder flächenförmigen Kontakts anzulegen.

Description

Beschreibung
Rotor eines Elektromotors und Elektromotor Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor eines Elekt¬ romotors sowie einen Elektromotor mit einem solchen Rotor. Im Rahmen dieser Offenbarung werden ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotors vorgeschlagen sowie eine Aktuatoreinheit mit einem solchen Elektromotor und ein Fahrzeug mit einem solchen Elektromotor und/oder einer solchen Aktuatoreinheit .
Aus dem Stand der Technik sind Elektromotoren bekannt, deren Rotoren mit quaderförmigen Permanentmagneten versehen sind, die in einer sogenannten Speichen-Anordnung, auch als "Spoke-Design" bezeichnet, über den Umfang eines Pole bildenden Ankerblechpakets in dem Ankerblechpaket vergraben angeordnet sind. Das Ankerblechpaket, in welchem die einzelnen Magnete in radialer Richtung hochkant ausgerichtet sind, stellt zugleich das Bindeglied zu einer Welle dar, über die ein Drehmoment zu übertragen ist. Die Anordnung aus dem Ankerblechpaket und den einzelnen Magneten kann ferner mit einem Kunststoff zur strukturellen Unterstützung umspritzt sein. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Rotor bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöst. Die Ansprüche 13, 14 und 15 stellen einen Elektromotor, eine Aktuatoreinheit und ein Fahrzeug unter Schutz. Der Anspruch 16 stellt ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Rotors unter Schutz. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche . Es wird ein Rotor zur Verwendung in einem Elektromotor vorgeschlagen, wobei der Rotor mehrere Pole bildende Ankerab¬ schnitte in Gestalt von einzelnen Ankerblöcken sowie mehrere Magnete bzw. Permanentmagnete aufweist, die in Verbindung mit den Ankerblöcken zu einer zumindest im Wesentlichen ringförmigen Anordnung zusammengesetzt sind. Unter den einzelnen Ankerblöcken sind dabei Pole bildende metallische Ankerabschnitte des Rotors zu verstehen, welche entweder lose oder aber als Teil einer zusammenhängenden metallischen Ankerstruktur ausgebildet sein können, wobei die Ankerstruktur mit einer Rotorwelle verbindbar ist. Sowohl die losen metallischen Ankerabschnitte als auch die zusammenhängende metallische Ankerstruktur können dabei jeweils als Blechpaket ausgeführt sein. Das Blechpaket kann dabei aus einer Vielzahl gestanzter Bleche zusammengesetzt sein. Grundsätzlich kann es sich aber bei den einzelnen Blechen auch um mittels eines Lasers geschnittene Bleche oder auch um gesinterte Bleche handeln.
Dabei wird vorgeschlagen, die jeweils zwischen zwei benachbarten Ankerblöcken angeordneten Magnete keilförmig auszubilden und gegen die zugeordneten Ankerblöcke unter Ausbildung eines zumindest punktförmigen, linienförmigen und/oder flächenför- migen Kontakts anzulegen.
Durch die keilförmig ausgebildeten Magnete lassen sich die nach dem Stand der Technik in Umfangsrichtung zwingend vorzuhaltenden Abstände bzw. Luftspalte zwischen den einzelnen Ankerblöcken und den zugeordneten Magneten auf ein Minimum reduzieren, indem die Magnete unter Ausbildung eines zumindest punktförmigen, linienförmigen und/oder flächenförmigen Kontakts gegen die jeweils zugeordneten Ankerblöcke angelegt sind.
Nach dem Stand der Technik sind nämlich die Abmessungen der Ankerblöcke in Umfangsrichtung so gewählt, dass die einzelnen Magnete in die durch die Ankerblöcke gebildeten Aufnahmeschächte eingeführt werden können, ohne dabei wesentlich zerkratzt zu werden. Die sich dabei nach der Einführung zwangsläufig zwischen den einzelnen Magneten und den zugeordneten Ankerblöcken einstellenden Abstände bzw. Luftspalte, die etwa 0,1 bis 0,3 mm betragen können, werden beim Umspritzen der ringförmigen Anordnung aus den einzelnen Ankerblöcken und Magneten mit einem Kunststoff ausgefüllt. Ein solch dünner sich zwischen den einzelnen Ankerblöcken und Magneten ausbildender Kunststofffilm wirkt sich nachteilig auf einen magnetischen Fluss in der Ankerstruktur des Rotors aus.
Durch die vorgeschlagenen keilförmig ausgebildeten Magnete lassen sich derartige Verluste bezüglich des magnetischen Flusses in der Ankerstruktur minimieren.
Im Falle einer sogenannten Speichen-Anordnung - auch bekannt als "Spoke-Design" - von quaderförmigen Permanentmagneten, welche über den Umfang eines Pole bildenden Ankerblechpakets, auch Rotorblechpaket genannt, in dem Ankerblechpaket vergraben angeordnet sind, sind die Magnete jeweils zumindest im We¬ sentlichen radial zur ringförmigen Anordnung ausgerichtet.
Die Keilform der einzelnen Magnete kann sich dabei zum äußeren Umfang der ringförmigen Anordnung hin verjüngen. Grundsätzlich kann sich die Keilform der einzelnen Magnete auch zum inneren Umfang der ringförmigen Anordnung hin verjüngen.
Nach einer Ausführungsform ist innenliegend zur ringförmigen Anordnung aus den einzelnen Ankerblöcken und Magneten eine
Kunststoffumspritzung zur Verbindung der ringförmigen Anordnung mit einer Welle und/oder einer Nabe zur Verbindung mit einer Welle vorgesehen. Eine derartige Kunststoffumspritzung ist optional zu verstehen und trägt einerseits zur strukturellen Unterstützung und andererseits zur Gewichtseinsparung eines derartig vor¬ geschlagenen Rotors bei.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind die metallischen Ankerabschnitte des Rotors in Gestalt von einzelnen, losen, Pole bildenden Ankerblöcken ausgebildet. Dabei ist innenliegend zur ringförmigen Anordnung aus den einzelnen Ankerblöcken und Magneten zwingend eine Kunststoffumspritzung zur Verbindung der ringförmigen Anordnung mit einer Welle und/oder einer Nabe zur Verbindung mit einer Welle vorgesehen, denn in diesem Fall ist die ringförmige Anordnung nur über die Kunststoffumspritzung als Teil der Rotorstruktur mit der Welle oder Nabe verbindbar.
Dabei können die einzelnen, losen Ankerblöcke jeweils an einer Rotormittelachse zugewandten Innenseite zumindest mittels eines Verankerungsmittels in der Kunststoffumspritzung verankert sein. Das mindestens eine Verankerungsmittel kann sich dabei vom zugeordneten Ankerblock in die Kunststoffumspritzung erstrecken. Das mindestens eine Verankerungsmittel kann dabei z.B. ösenförmig, hakenförmig und/oder stiftförmig ausgebildet sein. Das Verankerungsmittel kann z.B. in der Gestalt eines Halbringes oder in der Gestalt eines im Wesentlichen ausgebildeten Vollrings ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das
Verankerungsmittel auch andere Ausgestaltungen aufweisen, die etwa unter die Bezeichnung Ösenform fallen, etwa eine teilkreisförmige Ausbildung. Es sind grundsätzlich aber auch andere Verankerungsformen denkbar. Auch ist eine Kombination von ösenförmigen Verankerungsformen neben anderen Verankerungsformen denkbar, etwa in der Gestalt von stift- und / oder hakenförmigen Verankerungsformen. All diese verschiedenen Verankerungsformen stellen einen soliden Formschluss zum umspritzten Kunststoff sicher und somit eine solide Verankerung der einzelnen Ankerblöcke im aus Kunststoff ausgebildeten Abschnitt des Rotors.
Nach einer Ausführungsform sind die Ankerblöcke und die Magnete einzeln und abwechselnd zu einer im Wesentlichen ringförmigen Anordnung zusammengesetzt. Dabei kann zweckmäßigerweise jeweils ein einziger Magnet zwischen jeweils zwei benachbarten Ankerblöcken angeordnet sein.
Nach einer weiteren Ausführungsform kann jeder einzelne An- kerblock aus einer Mehrzahl von gestanzten Blechen bzw.
Blechabschnitten ausgebildet sein, die zu dem Ankerblock zusammengesetzt sind. Die Ankerblöcke können aber grundsätzlich auch aus einem Vollmaterial ausgebildet sein, auch wenn dies wohl die Fertigungskosten für einen solchen Ankerblock erhöht. In jedem Fall kann ein entsprechender Blechschnitt bzw. eine entsprechende Ausbildung der einzelnen Ankerblöcke auf eine Optimierung des magnetischen Flusses hin ausgelegt sein.
Die zuvor genannte Kunststoffumspritzung kann dabei aus einem umspritzten thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff ausgebildet sein.
Es wird ferner ein Elektromotor mit einem Rotor der zuvor beschriebenen Art vorgeschlagen.
Ferner wird eine Aktuatoreinheit mit einem Elektromotor der zuvor beschriebenen Art vorgeschlagen. Unter einer Aktuatoreinheit ist dabei eine Stelleinheit zu verstehen, die neben einem Elekt¬ romotor der zuvor beschriebenen Art auch eine Steuerelektronik aufweist. Dabei kann es sich z.B. um eine Stelleinheit für ein sogenanntes Kühlwasserregelventil handeln, die neben einem Elektromotor mit dem zuvor beschriebenen, vorgeschlagenen Rotor auch eine Steuerelektronik umfasst.
Darüber hinaus wird ein Fahrzeug mit einem Elektromotor und/oder einer Aktuatoreinheit der zuvor beschriebenen Art vorgeschlagen.
Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors der zuvor beschriebenen Art vorgeschlagen, bei dem mittels eines zumindest eine im Wesentlichen kreisförmige Werkzeuginnenwand umfassenden Werkzeugs mehrere Ankerabschnitte in Gestalt von einzelnen, Pole bildenden Ankerblöcken und mehrere keilförmig ausgebildete Magnete zu einer zumindest im Wesentlichen ringförmigen Anordnung zusammengesetzt werden. Dabei werden die einzelnen Ankerblöcke gegen die Werkzeuginnenwand angelegt, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Ankerblöcken zumindest ein keilförmig ausgebildeter Magnet angeordnet und gegen die Ankerblöcke unter Ausbildung eines zumindest punktförmigen, linienförmigen und/oder flächenförmigen Kontakts angelegt wird. Durch dieses Verfahren lässt sich der Außendurchmesser der ringförmigen Anordnung aus den einzelnen Ankerblöcken und Magneten im Unterschied zum Stand der Technik sehr genau einstellen.
Nach dem Stand der Technik unterliegt dieser Außendurchmesser fertigungsbedingt Schwankungen, die sich bei einem Verbau des Rotors in einen Stator auch auf einen sich zwischen dem Rotor und Stator einstellenden Luftspalt negativ auswirken.
Nach einer Ausführungsform wird jeder einzelne Magnet mittels eines zugeordneten Werkzeugdorns in radialer Richtung gegen den jeweils zugeordneten Ankerblock gedrückt, um die zumindest punktförmige, linienförmige und/oder flächenförmige Kontak- tierung sicherzustellen.
Zum Andrücken eines Magnets mittels eines derartigen Werkzeugdorns bedarf es dabei nur einer relativ geringen Kraft- aufbringung, wobei eine Kraft von höchstens ca. ION als hin¬ reichend angesehen wird. Von einer starken Verklemmung der einzelnen Magnete kann also keine Rede sein, so dass eine Verkratzung der jeweiligen Magnetoberflächen unterbleibt oder zumindest nahezu unterbleibt.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird innenliegend zur im Wesentlichen ringförmigen Anordnung aus den einzelnen Ankerblöcken und Magneten der Rotor zur strukturellen Anbindung an eine Welle und/oder Nabe zur Verbindung mit einer Welle mit einem Kunststoff umspritzt. Eine derartige Kunststoffumspritzung ist dabei optional zu verstehen und trägt einerseits zur struk¬ turellen Unterstützung und andererseits zur Gewichtseinsparung eines derartig vorgeschlagenen Rotors bei. Im Falle einer Rotorausbildung, bei der hingegen Ankerabschnitte in Gestalt von einzelnen, losen, Pole bildenden Ankerblöcken verwendet werden, ist eine derartige Kunststoffumspritzung zwingend erforderlich, zumal die ringförmige Anordnung aus den einzelnen Ankerblöcken und Magneten nur über die Kunststof- fumspritzung mit der Welle oder Nabe verbunden wird. Im Weiteren wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Figurendarstellungen im Einzelnen erläutert. Aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen ergeben sich weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Hierzu zeigen:
Fig.l eine Draufsicht auf eine vorgeschlagene ringförmige
Anordnung aus einzelnen Ankerblöcken und Magneten eines Rotors,
Fig.2 eine perspektivische Darstellung der Anordnung aus
Fig .1 und
Fig.3 eine Darstellung eines vorgeschlagenen Rotors mit einer unterstützenden Kunststoffstruktur .
Fig.l und Fig.2 veranschaulichen eine beispielhafte im Wesentlichen ringförmige Anordnung 4 aus insgesamt zehn metal¬ lischen, Pole bildenden Ankerblöcken 6 und zehn Permanentmagneten 8, wobei diese Anordnung 4 Teil eines zehnpoligen Rotors 2 (vgl. Fig.3) zur Verwendung in einem Elektromotor ist.
Die einzelnen Ankerblöcke 6 sind dabei lose ausgebildet und aus einer Mehrzahl von z.B. gestanzten Blechen zusammengesetzt, so dass sie Ankerblechpakete bilden. Mittels eines im Wesentlichen mittig ausgebildeten Langlochs 10 in den einzelnen Anker-iblechen sind diese Anker-ibleche zu den einzelnen Ankerblöcken 6 zu¬ sammengesetzt, indem sie mittels eines entsprechenden - hier nicht dargestellten - Fixierstifts aufeinander gestapelt sind, der sich durch ein solches Langloch 10 erstreckt. Die einzelnen Langlöcher 10 sind dabei bezüglich der ringförmigen Anordnung 4 radial hochkant ausgerichtet. Die einzelnen Blechlagen eines solchen Ankerblechpakets werden dabei mittels einer - hier nicht dargestellten - Verprägung zusammen-gehalten, die mittels eines Stanzstempels erzeugt wird und sich in einer axialen Richtung X - X der ringförmigen Anordnung 4 über die gesamte Länge eines zugeordneten Ankerblechpakets erstreckt, so dass zwischen den einzelnen Blechlagen ein Formschluss entsteht, der die Blechlagen zu¬ sammenhält . In einer alternativen - hier nicht dargestellten - Ausführungsform sind die einzelnen, Pole bildenden Ankerblöcke als Teil einer zusammenhängenden metallischen Ankerstruktur ausgebildet, wobei die Ankerstruktur mit einer Rotorwelle verbindbar ist. Die Ankerstruktur ist dabei zweckmäßigerweise auch als Blechpaket aus z.B. gestanzten Blechen ausgeführt.
Zwischen zwei benachbarten Ankerblöcken 6 ist jeweils ein keilförmig ausgebildeter, geschliffener Permanentmagnet 8 angeordnet und gegen die Ankerblöcke 6 angelegt, so dass in jedem Fall zumindest ein punktförmiger, linienförmiger und/oder flächenförmiger Kontakt sichergestellt ist. Der Keilwinkel bezüglich der einzelnen Magnete 8 beträgt dabei beispielhaft 2°. Toleranzbedingt wird sich eine ideale ganzflächige Kontaktierung der Magnete 8 über deren Kontaktflächen mit den zugeordneten Ankerblöcken 6 nicht darstellen lassen. Vielmehr kann nur von einer lokal erreichbaren zumindest punktförmigen, linienför- migen und/oder flächenförmigen Kontaktierung die Rede sein.
In jedem Fall ist dies aber einer Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik, nach dem die Ankerblöcke in Umfangsrichtung so ausgeführt sind, dass die einzelnen Magnete in die durch die Ankerblöcke gebildeten Aufnahmeschächte eingeführt werden können, ohne dabei wesentlich zerkratzt zu werden. Die sich dabei nach der Einführung zwangsläufig zwischen den einzelnen Magneten und den zugeordneten Ankerblöcken einstellenden Abstände bzw. Luftspalte, die etwa 0,1 bis 0,3 mm betragen können, werden beim Umspritzen der ringförmigen Anordnung aus den einzelnen An- kerblöcken und Magneten mit einem Kunststoff ausgefüllt. Ein solch dünner Kunststofffilm zwischen den einzelnen Ankerblöcken und Magneten wirkt sich nachteilig auf einen magnetischen Fluss in der Ankerstruktur des Rotors aus.
Fig.3 veranschaulicht beispielhaft einen zehnpoligen Rotor 2 in einer sogenannten Sammler-Bauweise mit der in den Fig.l und Fig.2 dargestellten ringförmigen Anordnung 4. Ein Rotor in einer solchen Sammler-Bauweise sammelt die Magnetfeldlinien zweier benachbarter Magnete, um sie dann gebündelt radial in einen Stator abzuführen. Der seitens eines Ankerblocks 6 durch die Sammler-Bauweise gebildete Nordpol stellt im Ergebnis einen gegenüber einem einzelnen Magneten 8 doppelt so starken Nordpol dar. Ferner ist innenliegend zur ringförmigen Anordnung 4 eine Kunststoffumspritzung 12 zur Verbindung mit einer - hier nicht dargestellten - Welle und/oder einer Nabe zur Verbindung mit einer Welle vorgesehen. In dieser Ausführungsform ist die ringförmige Anordnung 4 nur über die Kunststoffumspritzung 12 mit der Welle oder Nabe verbindbar. Insofern ist die Kunststof- fumspritzung 12 in diesem Fall zwingend erforderlich und fungiert als unmittelbares oder mittelbares Bindeglied zu der - hier nicht dargestellten - Welle, über die ein Drehmoment zu übertragen ist. Vorteilhaft an einer solchen Ausführungsform ist, dass mangels innenliegend zur ringförmigen Anordnung 4 ausgebildeten me- tallischen Verbindungabschnitten zur Welle kein magnetischer Abfluss zur Welle auftritt. Dadurch verbessert sich auch ein magnetischer Fluss in einem solchen Rotor.
Im Falle der zuvor genannten alternativen - hier nicht dar- gestellten - Ausführungsform, nach der die einzelnen, Pole bildenden Ankerblöcke als Teil einer zusammenhängenden metallischen Ankerstruktur ausgebildet sind, wobei die Ankerstruktur als Ankerblechpaket ausgebildet sein kann, sind innenliegend zu den einzelnen Ankerblöcken entsprechend zu- geordnete metallische Verbindungsabschnitte zur Anbindung an eine Welle vorgesehen. Dabei kann innenliegend zur ringförmigen Anordnung optional eine Kunststoffumspritzung vorgesehen sein. Die Kunststoffumspritzung trägt dabei einerseits zur strukturellen Unterstützung der metallischen Verbindungsabschnitte und andererseits zur Gewichtseinsparung eines derartig vor¬ geschlagenen Rotors bei. Durch die Kunststoffumspritzung lässt sich die metallische Ankerstruktur besonders fein ausgestallten.
Bei der in den Fig.l, Fig.2, Fig.3 dargestellten ringförmigen Anordnung 4 aus den einzelnen Ankerblöcken 6 und Magneten 8 sind die jeweiligen Ankerblöcke 6 an einer einer Rotormittelachse X - X zugewandten Innenseite konkav ausgebildet. Die konkave Ausbildung der Innenseite wird dabei durch zwei zueinander geneigte Seitenabschnitte definiert, die eine V-Form bilden. Diese einzelnen V-Formen bilden dabei bezüglich der Anordnung 4 eine polygonale Form mit insgesamt 10 Ecken, die gegenüber der Kunststoffumspritzung 12 einen Formschluss bildet. Insofern stellt eine solche V-Form auch ein Verankerungsmittel gegenüber der Kunststoffumspritzung 12 dar.
Zusätzlich oder alternativ zu einer solch innenseitig konkaven Ausbildung der Ankerblöcke können die jeweiligen Ankerblöcke an einer einer Rotormittelachse X - X zugewandten Innenseite auch mit mindestens einem - hier nicht dargestellten - Veranke¬ rungsmittel versehen sein, welches sich vom zugeordneten Ankerblock in die Kunststoff-iumspritzung erstreckt. Zur Veran- schaulichung einer solchen Verankerung wird hiermit auf die deutsche Patentanmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen DE 10 2016 209 174.3 verwiesen, die hiermit zum Offenbarungsgehalt der hier vorliegenden Erfindung gemacht wird. Ferner können die an der Außenseite des Rotors 2 zwischen jeweils zwei benachbarten Ankerblöcken 6 gebildeten Nuten, die durch die beiden Ankerblöcke 6 und dem dazwischen angeordneten Magneten 8 gebildet sind, im Zuge der Kunststoffumspritzung 12 ausgefüllt und somit abgedeckt werden. Diese so entstehenden die Nuten ausfüllenden und abdeckenden Spritzgussabschnitte 14 schließen dabei z.B. bündig mit der Außenseite der Ankerblöcke 6 ab. Fig.3 veranschaulicht ferner ein Werkzeug mit einer kreis¬ förmigen Werkzeuginnenwand 20, an welche die einzelnen An¬ kerblöcke 6 und Magnete 8, etwa nacheinander zur Ausbildung der ringförmigen Anordnung 4 angelegt werden, indem ein solcher Ankerbock 6 auf einen - hier nicht dargestellten - Fixierstift aufgesetzt wird, der sich durch das Langloch 10 des zugeordneten Ankerblocks 6 erstreckt. Das Langloch 10 ermöglicht dabei eine radiale Verschiebung des zugeordneten Ankerblocks 6 zur Anlage gegen die Werkzeuginnenwand 20. Jedem einzelnen Magnet 8 ist ferner ein - hier nicht dargestellter - Werkzeugdorn zugeordnet, über welchen der Magnet 8 in radialer Richtung gegen die jeweils zugeordneten Ankerblöcke 6 gedrückt wird, so dass zumindest ein lokal punktförmiger, linienförmiger und/oder flächenförmiger Kontakt zu den Ankerblöcken 6 entsteht. Zwar sind die einzelnen Werkzeugdorne in der Fig.3 nicht dargestellt, dafür aber die durch die einzelnen Werkzeugdorne verursachten Durchgangslöcher 18, die dadurch entstehen, dass die Werkzeugdorne nach dem Vorgang der Kunststoffumspritzung dem Werkzeug entnommen werden. Demnach kann man sich die Werkzeugdorne anstelle der Durch- gangslöcher 18 vorstellen.
Zur Klarstellung sei an dieser Stelle ausdrücklich erwähnt, dass zum Andrücken der einzelnen Magnete 8 mittels des jeweils zugeordneten Werkzeugdorns es nur einer relativ geringen Kraftaufbringung bedarf, wobei eine Kraft von höchstens ca. 10N als hinreichend angesehen wird. Von einer starken Verklemmung der einzelnen Magnete kann also keine Rede sein, so dass eine Verkratzung der jeweiligen Magnetoberflächen bzw. Kontaktflächen der Magnete 8 unterbleibt oder zumindest nahezu gänzlich unterbleibt.
In der Ausführungsform nach Fig.3 kann der Kunststoff 12, der ein koaxial zur Längsachse X - X des Rotors 2 liegendes Durchgangsloch 16 aufweist, auf eine - hier nicht dargestellte - Welle und/oder Nabe zur Verbindung mit einer Welle aufgespritzt werden. Die diesbezüglichen Verbindungsmöglichkeiten zu einer Nabe sind dem Fachmann als solche bekannt, so dass auf diese nicht weiter eingegangen wird.
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.

Claims

Rotor eines Elektromotors, umfassend mehrere Ankerabschnitte in Gestalt von einzelnen Anker¬ blöcken ( 6) , mehrere Magnete (8) , die in Verbindung mit den Ankerblöcken (6) zu einer zumindest im Wesentlichen ringförmigen Anordnung (4) zusammengesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils zwischen zwei benachbarten Ankerblöcken (6) angeordneten Magnete (8) keilförmig ausgebildet und gegen die Ankerblöcke (6) unter Ausbildung eines zumindest punktförmigen, linienförmigen und/oder flächenförmigen Kontakts angelegt sind.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (8) zumindest im Wesentlichen radial zur ring¬ förmigen Anordnung (4) ausgerichtet sind.
Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Keilform der Magnete (8) zum äußeren Umfang der ringförmigen Anordnung (4) hin verjüngt.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innenliegend zur ringförmigen An¬ ordnung (4) eine Kunststoffumspritzung (12) zur Verbindung der ringförmigen Anordnung (4) mit einer Welle und/oder einer Nabe zur Verbindung mit einer Welle vorgesehen ist.
Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerabschnitte in Gestalt von einzelnen, losen Ankerblöcken (6) ausgebildet sind, wobei die ringförmige An- Ordnung (4) nur über die Kunststoffumspritzung (12) mit der Welle oder Nabe verbindbar ist.
Rotor Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ein¬ zelnen, losen Ankerblöcke (6) jeweils an einer einer Rotormittelachse (X - X) zugewandten Innenseite zumindest mittels eines Verankerungsmittels in der Kunststoff- umspritzung (12) verankert sind.
Rotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich das mindestens eine Verankerungsmittel vom zugeordneten An¬ kerblock (6) in die Kunststoffumspritzung (12) erstreckt.
Rotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verankerungsmittel ösenförmig, hakenförmig und/oder stiftförmig ausgebildet ist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerblöcke (6) und die Magnete (8) einzeln und abwechselnd zu der im Wesentlichen ringförmigen Anordnung (4) zusammengesetzt sind.
Rotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeweils zwei benachbarten Ankerblöcken (6) ein einziger Magnet (8) angeordnet ist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder einzelne Ankerblock (6) aus einer Vielzahl von gestanzten Blechen ausgebildet ist, die zu dem Ankerblock (6) zusammengesetzt sind.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffumspritzung (12) aus einem umspritzten thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff ausgebildet ist.
13. Elektromotor mit einem Rotor (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
14. Aktuatoreinheit mit einem Elektromotor nach Anspruch 13.
15. Fahrzeug mit einem Elektromotor nach Anspruch 13 und/oder einer Aktuatoreinheit nach Anspruch 14.
16. Verfahren zur Herstellung eines Rotors nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem mittels eines zumindest eine im
Wesentlichen kreisförmige Werkzeuginnenwand (20) umfas¬ senden Werkzeugs mehrere Ankerabschnitte in Gestalt von einzelnen Ankerblöcken (6) und mehrere keilförmig ausgebildete Magnete (8) zu einer zumindest im Wesentlichen ringförmigen Anordnung (4) zusammengesetzt werden, in dem die einzelnen Ankerblöcke (6) gegen die Werkzeuginnenwand (20) angelegt werden, wobei zwischen jeweils zwei be¬ nachbarten Ankerblöcken (6) zumindest ein keilförmig ausgebildeter Magnet (8) angeordnet und gegen die An- kerblöcke (6) unter Ausbildung eines punktförmigen, li- nienförmigen und/oder flächenförmigen Kontakts angelegt wird .
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei jeder einzelne Magnet (8) mittels eines zugeordneten Werkzeugdorns (18) in radialer
Richtung gegen den jeweils zugeordneten Ankerblock (6) gedrückt wird, um die punktförmige, linienförmige und/oder flächenförmige Kontaktierung sicherzustellen. 18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei innenliegend zur im Wesentlichen ringförmigen Anordnung aus den einzelnen Ankerblöcken (6) und den einzelnen Magneten (8) der Rotor (2) zur strukturellen Anbindung an eine Welle und/oder Nabe zur Verbindung mit einer Welle mit einem Kunststoff (12) umspritzt wird. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem Ankerabschnitte in Gestalt von einzelnen, losen Ankerblöcken (6) verwendet werden, wobei die ringförmige Anordnung (4) nur über die Kunststoffumspritzung (12) mit der Welle oder Nabe verbunden wird.
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