WO2020012274A1 - Rotoreinheit für einen bürstenlosen elektromotor mit einstückigen magnetflussleitern - Google Patents

Rotoreinheit für einen bürstenlosen elektromotor mit einstückigen magnetflussleitern Download PDF

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WO2020012274A1
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contact surface
rotor unit
rotor
rotor core
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Pascual GUARDIOLA
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Nidec Corporation
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    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures

Definitions

  • the present invention relates to a rotor unit for a brushless electric motor with the features of the preamble of claim 1 and a brushless electric motor.
  • Electric motors are known from the prior art in which the rotor carries a permanent magnet.
  • the permanent magnets are arranged around a rotor core and sit on the outside thereof.
  • the rotor defines the geometrical axes and directions which are also to be used in this description and the claims.
  • a central axis coincides with the axis of symmetry of the rotor and also represents the axis of rotation of the rotor in the electric motor.
  • the axial direction of the arrangement runs in the direction of the axis of rotation.
  • the radial direction is characterized by an increasing distance from the central axis.
  • the permanent magnets of the rotor are located outside in the radial direction.
  • the circumferential direction runs tangentially to the rotor, in which each direction vector is perpendicular to a radius of the
  • the electric motor also has a stator which is arranged radially outside the rotor and surrounds the rotor in an annular manner on the outside.
  • the stator contains a number of electromagnets, which are generally formed by an iron core and a winding. A suitable energization of the windings of the stator generates a rotating field, which accordingly generates a torque in the rotor.
  • the stator is in arranged a motor housing in which the rotor is rotatably mounted with its motor shaft.
  • the permanent magnets of the rotor are usually made of a brittle material.
  • the magnets are not screwed to the rotor core, but sit on outward-facing flat surfaces of the rotor core, where they are mechanically held by a magnet holder.
  • the permanent magnets of the rotor are flat on the inside and are in contact with the rotor.
  • the permanent magnets are convex on the outside. The convexity has the advantage that the magnetic field towards the stator is focused on a small area in the circumferential direction and thus has a higher magnetic flux density there. Eddy current losses can be reduced in this way.
  • DE 10 2011 079 245 A1 discloses receiving pockets for permanent magnets which are designed to be open on one side in the radial direction, which opens up the possibility of inserting the magnets in the radial direction from the outside into the receiving pockets on the disk core of the rotor core.
  • On the side facing away from the receiving pocket carriers of lamella segments are provided, which contribute to reducing eddy current losses.
  • annular rotor core which surrounds a central axis
  • a plurality of permanent magnets which are arranged in a circumferential direction of the rotor unit around the rotor core, and each have a flat outer contact surface, a flat inner contact surface, two axial
  • Magnetic flux conductors one magnetic flux conductor being assigned to a permanent magnet, and the magnetic flux conductors each having a convex outer peripheral surface and a flat inner contact surface, the flat inner contact surface of the respective magnetic flux conductor being in contact with the flat outer contact surface of the corresponding permanent magnet , is provided, the magnetic flux conductors being in one piece and formed in an extrusion process.
  • the magnetic flux conductors can thus be produced particularly simply and inexpensively. This simple geometry allows that
  • the magnetic flux conductors are preferably in contact with the permanent magnets only via the flat inner contact surface.
  • the convex outer peripheral surface and a flat inner contact surface of the magnetic flux conductor are preferably in direct contact with one another, which results in a particularly simple geometry of the magnetic flux conductor.
  • the radius of the convexity of the outer peripheral surface of the magnetic flux conductor is preferably less than or equal to the radius of the envelope of the rotor core, in particular at least half as large as the radius of the envelope.
  • Edges can be provided between the peripheral surface and the contact surface, which edges are preferably formed by deburring after extrusion.
  • a strand is obtained in the extrusion.
  • This workpiece is repeatedly cut to the height of a single magnetic flux conductor in the axial direction, so that a large number of long strands Magnetic flux conductors is obtained. It can also be provided that the deburring takes place after the cutting.
  • the magnetic flux conductors are made of soft steel with a high iron content, which is particularly easy to process.
  • the rotor unit preferably has a magnet holder which has a number of holding sections which are each arranged between two circumferential adjacent permanent magnets and magnetic flux conductors and which are formed on a bottom of the magnet holder, and which
  • the holding sections have a shaft section and a head section, the shaft sections being T-shaped in a cross section along a plane running transversely to the central axis, so that the shaft sections determine the position of the permanent magnets and the magnetic flux conductors fix in the radial direction.
  • the magnet holder is preferably in an injection molding process
  • the shaft sections preferably at least partially engage axially
  • the rotor core is formed in one piece and is produced in particular using the cold pressing process.
  • the permanent magnets are preferably cuboid, which significantly simplifies production.
  • the task is also performed by a brushless electric motor with a stator, a motor shaft rotatably mounted in a housing, and one on the Motor shaft attached rotor unit with those described above
  • Such an electric motor is easier to manufacture.
  • Figures 1 and 2 show a rotor unit 1 with a central axis 2, which coincides with an intended axis of rotation of the rotor unit 1.
  • the rotor unit 1 has an essentially rotationally symmetrical rotor core 3, which has a central bore 4 for receiving a not shown
  • the rotor core is an inner rotor rotor core and part of a brushless electric motor designed as an inner rotor.
  • the rotor core 3 On its outside, the rotor core 3 has flat outer surfaces 5, in this exemplary embodiment a total of eight outer surfaces 5, each of the same size and shape, and which are distributed at a uniform angular distance along the outer circumferential surface of the rotor core 3.
  • the rotor core 3 is made in one piece. So it does not consist of several superimposed lamellas, or it is not available as a layered core. It is formed from a workpiece. It is preferably made of a soft steel with a high iron content and is preferably produced using the cold press process.
  • the groove is open radially towards the outside and runs parallel to the central axis 2.
  • the inner contact surface 8 of the permanent magnets 7 points radially inwards to the rotor core 3 and the outer contact surface 9 lies opposite the inner contact surface and points radially outwards from the rotor core 3.
  • the side surfaces 10, 11 extend in the radial direction, perpendicular to the contact surfaces 8, 9.
  • the permanent magnets 7 also have axial end faces 12.
  • the permanent magnets 7 are preferably made of neodymium or ferrites and are preferably manufactured in a sintering process.
  • Magnetic flux conductor 14 which each have the same size and the same shape, and which are distributed at a uniform angular distance along the outer circumferential surface of the rotor core 3.
  • the magnetic flux conductors 14 each have a flat contact surface 15, as well as a convex outer peripheral surface 16 and side surfaces 17 and 18.
  • the flat contact surface 15 of the magnetic flux conductors points radially inward to the rotor core 3 and the convex outer peripheral surface 16 shows radially outside of the rotor core 3 away.
  • the side surfaces 17 and 18 of the magnetic flux conductors each extend approximately in the radial direction and lie opposite one another in the circumferential direction.
  • the magnetic flux conductors 14 also have axial end faces 19, 20.
  • the magnetic flux conductors 14 lie with their flat contact surface 15 in contact with the outer contact surface 9 of the permanent magnets and extend in the circumferential direction over a region of at least 80% of the width of the outer contact surface. In the axial direction, the permanent magnets and the magnetic flux conductors preferably have the same length.
  • the radius of the convexity of the outer peripheral surface 16 of the magnetic flux conductor 14 is smaller than or equal to the radius of the envelope of the rotor core, in particular at least half as large as the radius of the envelope.
  • the magnetic flux conductors 14 are preferably made of a soft steel with a high iron content.
  • the magnetic flux conductors 14 are preferably in one piece, that is to say they do not consist of a plurality of slats lying on one another. You become one
  • the magnetic flux conductors are intended to influence the magnetic fluxes generated by means of the permanent magnets. Due to the convexity of the magnetic flux conductors, the magnetic flux is focused in such a way that a limited area with a higher flux density radially outwards from which
  • the permanent magnets 7 and magnetic flux conductors 14 are held on the rotor core 3 by means of a magnet holder 21.
  • the magnet holder 21 preferably consists of a sprayable plastic, preferably
  • the magnet holder 21 has holding sections 22, each of which has a shaft section 23 and a head section 24, the shaft section 23 reaching into the groove of the rotor core by means of a web and being held there in a form-fitting manner.
  • the shaft sections 23 of the holding sections 22 extend perpendicularly from an annular bottom 25 of the magnet holder 21.
  • the holding sections 22 are integrally formed on the bottom 25 on the outside.
  • the bottom 25 is like this
  • the head section 24 is integrally formed on the side of the shaft section 23 remote from the floor and extends in the radial direction of the
  • the permanent magnets 7 and the magnetic flux conductors 14 are fixed by the holding sections 22 in the circumferential direction of the rotor unit 1 by their side surfaces resting against the respectively adjacent shaft section 23. In the radial direction to the outside, the permanent magnets 7 and
  • Magnetic flux conductor 14 is also held by the shaft sections 23.
  • the shaft sections 23 have a seat for the permanent magnets 7 and a seat for the magnetic flux conductors 14.
  • the shaft sections 23 are essentially T-shaped in cross-section, the shape of which is shown in FIG.
  • Radially extending part engages in the groove of the rotor core and the circumferentially extending part of the magnetic flux conductors 14 and Holds permanent magnets 7 in position in the radial direction.
  • the head section 24 engages in a corresponding recess 26 of the rotor core 3, which is arranged in the region of the end face of the rotor core 3, and thus forms a fixation of the magnet holder 21 with respect to the rotor core 3 in the axial direction
  • the head section 24 is further shaped in the radial direction in such a way that it engages in undercuts in the recess and thus additionally fixes the magnet holder 21 on the rotor core 3 in the radial direction.
  • the permanent magnets 7 are pushed into the magnet holder 21 towards the bottom 25.
  • the shaft sections 23 serve as a guide.
  • the bottom 25 as a stop in the axial direction. After the permanent magnets 7 have been inserted, the magnetic flux conductors 21 are inserted in the same direction, here too the shaft sections 23 serve as guides and the bottom 25 as
  • End faces of the elements 7, 14, 3 overlap on the side facing away from the floor and thus fix the position of the permanent magnets 7 and the magnetic flux conductors 14 in the axial direction with the aid of the base 25 relative to the magnet holder 21.
  • FIG. 3 shows an electric motor 27 in a cross-sectional illustration with the rotor unit 1 according to the invention.
  • the electric motor 27 includes the stator 28.
  • the rotor unit 1 is rotatably mounted in the stator 28 in a manner known per se.
  • the arrangement is surrounded by a motor housing 29 which carries roller bearings 30 for rotatably mounting the rotor unit 1.

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rotoreinheit (1) für einen bürstenlosen Elektromotor aufweisend : - einen ringförmigen Rotorkern (3), der eine Mittelachse (2) umgibt, - eine Mehrzahl von Permanentmagneten (7), die in einer Umfangsrichtung der Rotoreinheit (1) um den Rotorkern (3) herum angeordnet sind, und die jeweils eine plane äußere Anlagefläche (9), eine plane innere Anlagefläche (8), zwei axiale Stirnflächen (12) und zwei Seitenflächen (10, 11) aufweisen, - eine Mehrzahl an Magnetflussleitern (14), wobei jeweils ein Magnetflussleiter (14) einem Permanentmagneten (7) zugewiesen ist, und wobei die Magnetflussleiter (14) jeweils eine konvexe äußere Umfangsfläche (16) und eine plane innere Anlagefläche (15) aufweisen, wobei die plane innere Anlagefläche (15) des jeweiligen Magnetflussleiters (14) in Anlage mit der planen äußeren Anlagefläche (9) des entsprechenden Permanentmagnetes (7) steht, wobei die Magnetflussleiter (14) jeweils einstückig und im Strangpressverfahren ausgeformt sind.

Description

Rotoreinheit für einen bürstenlosen Elektromotor mit einstückigen Magnetflussleitern
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotoreinheit für einen bürstenlosen Elektromotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie einen bürstenlosen Elektromotor.
Aus dem Stand der Technik sind Elektromotoren bekannt, bei denen der Rotor Permanentmagnet trägt. Die Permanentmagnete sind um einen Rotorkern herum angeordnet und sitzen auf dessen Außenseite. Der Rotor definiert die geometrischen Achsen und Richtungen, die auch in dieser Beschreibung und den Patentansprüchen verwendet werden sollen. Eine Mittelachse fällt mit der Symmetrieachse des Rotors zusammen und stellt in dem Elektromotor auch die Drehachse des Rotors dar. In Richtung der Drehachse verläuft die Axial- richtung der Anordnung. Die Radialrichtung ist durch zunehmenden Abstand von der Mittelachse gekennzeichnet. Die Permanentmagnete des Rotors liegen also in Radialrichtung außen. Tangential zu dem Rotor verläuft die Umfangs- richtung, an der jeder Richtungsvektor senkrecht zu einem Radius der
Anordnung ausgerichtet ist.
Der Elektromotor weist nach dem Stand der Technik außerdem einen radial außerhalb des Rotors angeordneten Stator auf, der den Rotor außen ring- förmig umgibt. Der Stator enthält eine Anzahl von Elektromagneten, die im Allgemeinen von einem Eisenkern und einer Wicklung gebildet werden. Eine geeignete Bestromung der Wicklungen des Stators erzeugt ein drehendes Feld, das entsprechend ein Drehmoment in dem Rotor erzeugt. Der Stator ist in einem Motorgehäuse angeordnet, in dem der Rotor mit seiner Motorwelle drehbar gelagert ist.
Die Permanentmagnete des Rotors sind üblicherweise aus einem spröden Material gefertigt. Die Magnete sind nicht mit dem Rotorkern verschraubt, sondern sitzen auf nach außen weisenden Planflächen des Rotorkerns, wo sie von einem Magnethalter mechanisch gehalten werden. Die Permanentmagnete des Rotors sind dabei auf der Innenseite plan ausgestaltet und liegen in Anlage mit dem Rotor. Auf der Außenseite sind die Permanentmagnete konvex ausgeformt. Die Konvexität bringt den Vorteil, dass das Magnetfeld zum Stator hin auf einen in Umfangsrichtung kleinen Bereich fokussiert wird und somit dort eine höhere Magnetflussdichte aufweist. Wirbelstromverluste können so reduziert werden.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2006 056 882 Al ist bekannt die
Permanentmagnete des Rotors quaderförmig auszuformen und in Taschen eines lamellenförmigen Rotorkerns zu platzieren. Der Rotorkern umschließt die darin aufgenommen Magnete ringsherum und ist auf der Außenseite in den Bereichen der Taschen konvex ausgeformt. Dies hat den Vorteil, dass die spröden Magnete einfacher herzustellen sind. Außerdem werden durch das Blechpaket Wirbelstromverluste zwischen den Magneten und dem
umgreifenden Stator reduziert. Die Herstellung des Rotorkerns mit den
Taschen ist allerdings relativ aufwendig, was unerwünschte Kosten verursacht.
DE 10 2011 079 245 Al offenbart Aufnahmetaschen für Permanentmagnete, die in Radialrichtung einseitig offen ausgebildet sind, was die Möglichkeit eröffnet, die Magnete in Radialrichtung von außen in die Aufnahmetaschen am Lamellenpaket des Rotorkerns einzusetzen. Auf der der Aufnahmetasche abgewandten Seite sind Träger von Lamellensegmenten vorgesehen, die zur Reduzierung von Wirbelstromverlusten beitragen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Rotoreinheit und einen
Elektromotor zu schaffen, bei denen der Rotor besonders einfach und kostengünstig herzustellen ist. Diese Aufgabe wird von einer Rotoreinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und von einem Elektromotor mit einer solchen Rotoreinheit gelöst.
Demnach ist eine Rotoreinheit für einen bürstenlosen Elektromotor aufweisend
- einen ringförmigen Rotorkern, der eine Mittelachse umgibt,
- eine Mehrzahl von Permanentmagneten, die in einer Umfangsrichtung der Rotoreinheit um den Rotorkern herum angeordnet sind, und die jeweils eine plane äußere Anlagefläche, eine plane innere Anlagefläche, zwei axiale
Stirnflächen und zwei Seitenflächen aufweisen, - eine Mehrzahl an
Magnetflussleitern, wobei jeweils ein Magnetflussleiter einem Permanent- magneten zugewiesen ist, und wobei die Magnetflussleiter jeweils eine konvexe äußere Umfangsfläche und eine plane innere Anlagefläche aufweisen, wobei die plane innere Anlagefläche des jeweiligen Magnetflussleiters in Anlage mit der planen äußeren Anlagefläche des entsprechenden Permanent- magnetes steht, vorgesehen, wobei die Magnetflussleiter jeweils einstückig und in einem Strangpressverfahren ausgeformt sind.
Die Herstellung der Magnetflussleiter kann dadurch besonders einfach und kostengünstig erfolgen. Diese einfache Geometrie erlaubt, die
Magnetflussleiter in einem Strangpressverfahren herzustellen.
Die Magnetflussleiter stehen bevorzugt nur über die plane innere Anlagefläche in Anlage mit den Permanentmagneten. Die konvexe äußere Umfangsfläche und eine plane innere Anlagefläche des Magnetflussleiters liegen vorzugsweise unmittelbar in Anlage miteinander, dadurch ergibt sich eine besonders einfache Geometrie des Magnetflussleiters. Der Radius der Konvexität der äußeren Umfangsfläche des Magnetflussleiters ist vorzugsweise kleiner als oder gleich wie der Radius der Einhüllenden des Rotorkerns, insbesondere mindestens halb so groß wie der Radius der Einhüllenden.
Zwischen der Umfangsfläche und der Anlagefläche können Kanten vorgesehen sein, die bevorzugt durch Entgraten nach dem Strangpressen gebildet sind.
Bei dem Strangpressen wird ein Strang gewonnen. Dieses Werkstück wird auf die Höhe eines einzelnen Magnetflussleiters in Axialrichtung wiederholt geschnitten, so dass aus einem langen Strang eine Vielzahl an Magnetflussleitern gewonnen wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Entgraten nach dem Zuschneiden stattfindet.
Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die Magnetflussleiter aus weichem Stahl mit hohem Eisengehalt gefertigt sind, welcher sich besonders einfach verarbeiten lässt.
Vorzugsweise weist die Rotoreinheit einen Magnethalter auf, der eine Anzahl von Halteabschnitten aufweist, die jeweils zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Permanentmagneten und Magnetflussleitern angeordnet sind und die an einem Boden des Magnethalters angeformt sind, und die die
Magnetflussleiter an den Permanentmagneten in Radialrichtung halten.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Halteabschnitte einen Schaftabschnitt und einen Kopfabschnitt aufweisen, wobei die Schaftabschnitte in einem Quer- schnitt entlang einer quer zu der Mittelachse verlaufenden Ebene T-förmig ausgebildet sind, so dass die Schaftabschnitte die Lage der Permanent- magneten und der Magnetflussleiter in Radialrichtung fixieren.
Vorzugsweise ist der Magnethalter in einem Spritzgießverfahren an den
Rotorkern angespritzt.
Die Schaftabschnitte greifen bevorzugt zumindest teilweise in axial
verlaufende Nuten des Rotorkerns ein.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Kopfabschnitte in
korrespondierende Ausnehmung des Rotorkerns, die im Bereich der Stirnfläche des Rotorkerns angeordnet sind, eingreifen und somit eine Lage des
Magnethalters gegenüber dem Rotorkern in axialer Richtung definieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Rotorkern einstückig ausgebildet und insbesondere im Kaltpressverfahren hergestellt.
Die Permanentmagnete sind vorzugsweise quaderförmig ausgebildet, was die Herstellung deutlich vereinfacht.
Die Aufgabe wird auch von einem bürstenlosen Elektromotor mit einem Stator, einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Motorwelle, und mit einer auf der Motorwelle befestigten Rotoreinheit mit den vorstehend beschriebenen
Merkmalen und Vorteilen gelöst. Ein solcher Elektromotor ist einfacher zu fertigen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der
Zeichnungen näher beschrieben. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleichen Funktionen tragen gleiche Bezugszeichen. Es zeigen :
Fig. 1 : eine erfindungsgemäße Rotoreinheit in einer Draufsicht in Richtung der Mittelachse,
Fig. 2: die Rotoreinheit aus Figur 1 in einer perspektivischen Darstellung, sowie
Fig. 3: einen Elektromotor mit einer erfindungsgemäßen Rotoreinheit.
Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Rotoreinheit 1 mit einer Mittelachse 2, die mit einer vorgesehenen Drehachse der Rotoreinheit 1 zusammenfällt. Die Rotor- einheit 1 weist einen im Wesentlichen rotationssymmetrischen Rotorkern 3 auf, der eine Mittelbohrung 4 zur Aufnahme einer nicht dargestellten
Motorwelle aufweist. Der Rotorkern ist ein Innenläufer-Rotorkern und Teil eines als Innenläufer ausgebildeten, bürstenlosen Elektromotors. An seiner Außenseite weist der Rotorkern 3 flache Außenflächen 5 auf, und zwar in diesem Ausführungsbeispiel insgesamt acht Außenflächen 5, die jeweils die gleiche Größe und die gleiche Form aufweisen, und die in gleichförmigen Winkelabstand entlang der äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns 3 verteilt sind. Der Rotorkern 3 ist einstückig hergestellt. Er besteht also nicht aus mehreren, aufeinanderliegenden Lamellen, beziehungsweise er liegt nicht als geschichteter Kern vor. Er ist aus einem Werkstück gebildet. Er besteht bevorzugt aus einem weichen Stahl mit hohem Eisengehalt und ist bevorzugt im Kaltpressverfahren hergestellt. Zwischen jeweils zwei Außenflächen 5 ist eine nicht dargestellt Nut vorgesehen, die von außen in Radialrichtung in die Kante eingeformt ist, die die beiden aneinander angrenzenden Außenflächen 5 in diesem Bereich bilden. Die Nut ist radial nach außen hin offen und verläuft parallel zu der Mittelachse 2. An den Außenflächen 5 liegen insgesamt acht quaderförmige Permanentmagnete 7 an, die einen rechteckigen Querschnitt mit einer inneren planen Anlagefläche 8, einer äußeren planen Anlagefläche 9, und zwei planen Seitenflächen 10,11 aufweisen. Die innere Anlagefläche 8 der Permanentmagnete 7 weist radial nach innen zu dem Rotorkern 3 und die äußere Anlagefläche 9 liegt der inneren Anlagefläche gegenüber und weist radial nach außen, von dem Rotorkern 3 weg. Die Seitenflächen 10,11 erstrecken sich in radialer Richtung, senkrecht zu den Anlageflächen 8,9.
Schließlich weisen die Permanentmagnete 7 noch axiale Stirnflächen 12 auf.
Die Permanentmagnete 7 sind bevorzugt aus Neodym oder Ferriten hergestellt und werden vorzugsweise in einem Sinterprozess gefertigt.
An den äußeren Anlageflächen 9 der Permanentmagnete liegen jeweils
Magnetflussleiter 14 an, die jeweils die gleiche Größe und die gleiche Form aufweisen, und die in gleichförmigen Winkelabstand entlang der äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns 3 verteilt sind. Die Magnetflussleiter 14 weisen jeweils eine plane Anlagefläche 15 auf, sowie eine konvexe äußere Umfangs- fläche 16 und Seitenflächen 17 und 18. Die plane Anlagefläche 15 der Magnet- flussleiter weist radial nach innen zu dem Rotorkern 3 und die konvexe äußere Umfangsfläche 16 weist radial nach außen von dem Rotorkern 3 weg. Die Seitenflächen 17 und 18 der Magnetflussleiter erstrecken sich in etwa jeweils in Radialrichtung und liegen sich in Umfangsrichtung gegenüber. Schließlich weisen die Magnetflussleiter 14 noch axiale Stirnflächen 19, 20 auf. Die Magnetflussleiter 14 liegen mit ihrer planen Anlagefläche 15 in Anlage mit der äußeren Anlagefläche 9 der Permanentmagnete und erstrecken sich über einen Bereich von wenigstens 80% der Breite der äußeren Anlagefläche in Umfangsrichtung. In Axialrichtung weisen die Permanentmagnete und die Magnetflussleiter bevorzugt dieselbe Länge auf. Der Radius der Konvexität der äußeren Umfangsfläche 16 des Magnetflussleiters 14 ist kleiner als oder gleich wie der Radius der Einhüllenden des Rotorkerns, insbesondere mindestens halb so groß wie der Radius der Einhüllenden. Die Magnetflussleiter 14 sind bevorzugt aus einem weichen Stahl mit einem hohen Eisengehalt gefertigt. Die Magnetflussleiter 14 sind dabei vorzugsweise einstückig, bestehen also nicht aus mehreren, aufeinanderliegenden Lamellen. Sie werden aus einem
Werkstück, vorzugsweise in einem Strang pressverfahren hergestellt und auf ihre sich in Axialrichtung erstreckende Länge zugeschnitten. Die Seitenflächen 17,18 der Magnetflussleiter 14 werden durch Entgraten der Kanten gebildet. Das macht die Herstellung der Magnetflussleiter besonders einfach.
Die Magnetflussleiter sind dazu vorgesehen, die mittels der Permanent- magnete erzeugten Magnetflüsse zu beeinflussen. Durch die Konvexität der Magnetflussleiter wird der Magnetfluss so fokussiert, dass sich ein begrenzter Bereich mit höherer Flussdichte in Radialrichtung nach außen, von dem
Rotorkern weggehend, ausformt.
Die Permanentmagnete 7 und Magnetflussleiter 14 werden an dem Rotorkern 3 mittels eines Magnethalters 21 gehalten. Der Magnethalter 21 besteht bevorzugt aus einem spritzfähigen Kunststoff, vorzugsweise
Polybutylenterephthalat mit 30% Glasfaser (PBT 30) oder Polyamid (PA), und wird vorzugsweise in einem Spritzgussverfahren hergestellt. Der Magnethalter 21 weist Halteabschnitte 22 auf, die jeweils einen Schaftabschnitt 23 und einen Kopfabschnitt 24 aufweisen, wobei der Schaftabschnitt 23 mittel eines Stegs in die Nut des Rotorkerns hinein reicht und dort formschlüssig gehalten ist. Die Schaftabschnitte 23 der Halteabschnitte 22 gehen senkrecht von einem ringförmigen Boden 25 des Magnethalters 21 ab. Die Halteabschnitte 22 sind dabei außen an dem Boden 25 angeformt. Der Boden 25 ist so
dimensioniert, dass der Rotorkern 3, die Permanentmagnete 7 und die
Magnetflussleiter 14 mit ihrer einen Stirnseite zumindest teilweise auf dem Boden 25 aufliegen. Der Kopfabschnitt 24 ist an der bodenfernen Seite des Schaftabschnitts 23 angeformt und erstreckt sich in Radialrichtung der
Anordnung, von dem Schaftabschnitt 23 in Richtung des Rotorkerns 3. Die Permanentmagnete 7 und die Magnetflussleiter 14 werden von den Halte- abschnitten 22 in Umfangsrichtung der Rotoreinheit 1 fixiert, indem sie mit ihren Seitenflächen an dem jeweils benachbarten Schaftabschnitt 23 anliegen. In Radialrichtung nach außen werden die Permanentmagnete 7 und die
Magnetflussleiter 14 ebenfalls von den Schaftabschnitten 23 gehalten. Die Schaftabschnitte 23 weisen dafür einen Sitz für die Permanentmagnete 7 und einen Sitz für die Magnetflussleiter 14 auf. Die Schaftabschnitte 23 sind dafür im Querschnitt im Wesentlichen T-förmig ausgeformt, wobei der sich in
Radialrichtung erstreckende Teil in die Nut des Rotorkerns greift und der sich in Umfangsrichtung erstreckende Teil die Magnetflussleiter 14 und die Permanentmagnete 7 in Radialrichtung in Position hält. Der Kopfabschnitt 24 greift in eine korrespondierende Ausnehmung 26 des Rotorkerns 3, die im Bereich der Stirnfläche des Rotorkerns 3 angeordnet ist und bildet somit eine Fixierung des Magnethalters 21 gegenüber dem Rotorkern 3 in axialer
Richtung mit Hilfe des Bodens 25 des Magnethalters 21. Der Kopfabschnitt 24 ist weiterhin in radialer Richtung derart ausgeformt, dass er in Hinterschnitte der Ausnehmung greift und somit den Magnethalter 21 an dem Rotorkern 3 zusätzlich in Radialrichtung fixiert. Die Permanentmagnete 7 werden in den Magnethalter 21 in Richtung auf den Boden 25 zugehend hereingeschoben. Die Schaftabschnitte 23 dienen dabei als Führung. Der Boden 25 als Anschlag in axialer Richtung. Nachdem die Permanentmagnete 7 eingesetzt wurden, werden die Magnetflussleiter 21 in der gleichen Richtung eingeschoben, auch hier dienen die Schaftabschnitte 23 als Führung und der Boden 25 als
Anschlag. Zum Schluss wird eine nicht dargestellte Hülse auf die Rotoran- Ordnung in Richtung auf den Boden zugehend aufgeschoben, die die
Stirnflächen der Elemente 7,14,3 auf der bodenabgewandten Seite überdeckt und somit die Lage der Permanentmagnete 7 und der Magnetflussleiter 14 in Axialrichtung mit Hilfe des Bodens 25 relativ zu dem Magnethalter 21 fixiert.
Figur 3 zeigt einen Elektromotor 27 in einer Querschnittsdarstellung mit erfindungsgemäßer Rotoreinheit 1. Der Elektromotor 27 umfasst den Stator 28. Innerhalb des Stators 28 ist die Rotoreinheit 1 in an sich bekannter Weise drehbar gelagert. Die Anordnung ist umgeben von einem Motorgehäuse 29, dass Wälzlager 30 zur drehbaren Lagerung der Rotoreinheit 1 trägt.

Claims

Patentansprüche
1. Rotoreinheit (1) für einen bürstenlosen Elektromotor aufweisend
- einen ringförmigen Rotorkern (3), der eine Mittelachse (2) umgibt,
- eine Mehrzahl von Permanentmagneten (7), die in einer Umfangs- richtung der Rotoreinheit (1) um den Rotorkern (3) herum angeordnet sind, und die jeweils eine plane äußere Anlagefläche (9), eine plane innere Anlagefläche (8), zwei axiale Stirnflächen (12) und zwei
Seitenflächen (10, 11) aufweisen,
- eine Mehrzahl an Magnetflussleitern (14), wobei jeweils ein
Magnetflussleiter (14) einem Permanentmagneten (7) zugewiesen ist, und wobei die Magnetflussleiter (14) jeweils eine konvexe äußere Umfangsfläche (16) und eine plane innere Anlagefläche (15) aufweisen, wobei die plane innere Anlagefläche (15) des jeweiligen Magnetfluss- leiters (14) in Anlage mit der planen äußeren Anlagefläche (9) des entsprechenden Permanentmagnetes (7) steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetflussleiter (14) jeweils einstückig ausgeformt und in einem Strangpressverfahren hergestellt sind.
2. Rotoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Magnetflussleiter (14) aus weichem Stahl mit hohem Eisengehalt gefertigt sind.
3. Rotoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetflussleiter (14) nur über die plane innere Anlagefläche (15) in Anlage mit den Permanentmagneten (7) stehen, und die konvexe äußere Umfangsfläche (16) und die plane innere Anlagefläche (15) des
Magnetflussleiters unmittelbar ineinander übergehen und eine
geschlossene Umfangsfläche bilden.
4. Rotoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Rotoreinheit (1) einen Magnethalter (21) aufweist, der eine Anzahl von Halteabschnitten (22) aufweist, die jeweils zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Permanentmagneten (7) und Magnetflussleitern (14) angeordnet sind und die an einem Boden (25) des Magnethalters (21) angeformt sind, und die die Magnetfluss- leiter (14) an den Permanentmagneten (7) in Radialrichtung halten.
5. Rotoreinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Halteabschnitte (22) einen Schaftabschnitt (23) und einen Kopfabschnitt (24) aufweisen, wobei die Schaftabschnitte (23) in einem Querschnitt entlang einer quer zu der Mittelachse (2) verlaufenden Ebene T-förmig ausgebildet sind, so dass die Schaftabschnitte (23) die Lage der
Permanentmagneten (7) und Magnetflussleiter (14) in Radialrichtung fixieren.
6. Rotoreinheit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnethalter (21) in einem Spritzgießverfahren gefertigt ist.
7. Rotoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schaftabschnitte (23) zumindest teilweise in axial verlaufende Nuten (6) des Rotorkerns (3) eingeführt sind.
8. Rotoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfabschnitte (24) in
korrespondierende Ausnehmung (26) des Rotorkerns (3), die im Bereich der Stirnfläche des Rotorkerns (3) angeordnet sind, eingreift und somit eine Lage des Magnethalters (21) gegenüber dem Rotorkern (3) in axialer Richtung definiert.
9. Rotoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Rotorkern (3) einstückig ausgebildet ist.
10. Rotoreinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der
Rotorkern (3) im Kaltpressverfahren hergestellt ist.
11. Rotoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (7) quaderförmig sind.
12. Bürstenloser Elektromotor mit einem Stator, einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Motorwelle, und mit einer auf der Motorwelle befestigten Rotoreinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
13. Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl an Magnetflussleitern einer
Rotoreinheit (1) für einen bürstenlosen Elektromotor aufweisend
- einen ringförmigen Rotorkern (3), der eine Mittelachse (2) umgibt,
- eine Mehrzahl von Permanentmagneten (7), die in einer Umfangs- richtung der Rotoreinheit (1) um den Rotorkern (3) herum angeordnet sind, und die jeweils eine plane äußere Anlagefläche (9), eine plane innere Anlagefläche (8), zwei axiale Stirnflächen (12) und zwei
Seitenflächen (10, 11) aufweisen,
- eine Mehrzahl an Magnetflussleitern (14), wobei jeweils ein
Magnetflussleiter (14) einem Permanentmagneten (7) zugewiesen ist, und wobei die Magnetflussleiter (14) jeweils eine konvexe äußere Umfangsfläche (16) und eine plane innere Anlagefläche (15) aufweisen, wobei die plane innere Anlagefläche (15) des jeweiligen Magnetfluss- leiters (14) in Anlage mit der planen äußeren Anlagefläche (9) des entsprechenden Permanentmagnetes (7) steht, dadurch
gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- Bereitstellen einer Matrize mit einer inneren Kontor, die der konvexen äußeren Umfangsfläche (16) und der planen inneren Anlagefläche (15) des Magnetflussleiters (14) entspricht,
- Einbringen eines Presslings auch weichem Stahl in die Matrize,
- Drücken des Presslings mit einem Stempel durch die Matrize und
Erstellen eines Pressstrangs mit der Kontor des Magnetflussleiters, und
- Schneiden des Pressstrangs an vordefinierten Stellen zur Ausbildung einer Vielzahl an Magnetflussleitern mit gleichen Längen.
14. Verfahren zur Herstellung einer Rotoreinheit (1) für einen bürstenlosen Elektromotor aufweisend
- einen ringförmigen Rotorkern (3), der eine Mittelachse (2) umgibt, - eine Mehrzahl von Permanentmagneten (7), die in einer Umfangs- richtung der Rotoreinheit (1) um den Rotorkern (3) herum angeordnet sind, und die jeweils eine plane äußere Anlagefläche (9), eine plane innere Anlagefläche (8), zwei axiale Stirnflächen (12) und zwei
Seitenflächen (10, 11) aufweisen,
- eine Mehrzahl an Magnetflussleitern (14), wobei jeweils ein
Magnetflussleiter (14) einem Permanentmagneten (7) zugewiesen ist, und wobei die Magnetflussleiter (14) jeweils eine konvexe äußere Umfangsfläche (16) und eine plane innere Anlagefläche (15) aufweisen, wobei die plane innere Anlagefläche (15) des jeweiligen Magnetfluss- leiters (14) in Anlage mit der planen äußeren Anlagefläche (9) des entsprechenden Permanentmagnetes (7) steht, und wobei die
Magnetflussleiter (14) gemäß dem Verfahren nach Anspruch 13 hergestellt werden.
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