WO2020212379A1 - Elektromotor, insbesondere kühlerlüftermotor - Google Patents

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WO2020212379A1
WO2020212379A1 PCT/EP2020/060519 EP2020060519W WO2020212379A1 WO 2020212379 A1 WO2020212379 A1 WO 2020212379A1 EP 2020060519 W EP2020060519 W EP 2020060519W WO 2020212379 A1 WO2020212379 A1 WO 2020212379A1
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WO
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magnet
electric motor
section
surface section
radial
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Application number
PCT/EP2020/060519
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English (en)
French (fr)
Inventor
Maximilian Fella
Thomas Susemihl
Kevin Steinert
Original Assignee
Brose Fahrzeugteile SE & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2786—Outer rotors
    • H02K1/2787—Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/2789—Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2791—Surface mounted magnets; Inset magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • Electric motor in particular cooling fan motor
  • the invention relates to an electric motor, in particular a brushless electric motor with an external rotor (external rotor), preferably a cooling fan motor ei Nes motor vehicle.
  • Such an electric motor usually comprises a rotor which is rotatably mounted with respect to a stationary stator.
  • the stator is often equipped with a rotating field winding, with which a rotating magnetic field is generated by loading it with an alternating current.
  • the rotor which is arranged inside the essentially hollow cylindrical stator in an internal rotor motor and concentrically outside the stator in the case of an external rotor motor, is usually equipped with permanent magnets that generate a rotor magnetic field that interacts with the rotating field of the stator.
  • the alternating current provided for feeding the stator winding is usually generated by a converter (inverter).
  • this converter together with associated control electronics, is often accommodated in an electronics compartment that is integrated into the motor housing.
  • a pot-like rotor housing is provided, on the cylindrical inner circumference (inner wall) of which a number of magnets are evenly distributed. It has been shown by acoustic measurements that acoustic problems occur with such an external rotor motor. This leads to undesirable noise generation when operating the Electric motor, for example in a typical speed range between 1000 rpm and 1500 rpm (rounds per minute, revolutions per minute).
  • the invention is therefore based on the object of specifying an electric motor of the genann th type in which, on the one hand, the noise generation is as possible ge ring, and in which, on the other hand, the simplest possible assembly of the magnets on the rotor is possible. In particular, as few and as possible equal distances between the individual magnets should be maintained and time-saving assembly of the magnets should be made possible.
  • the electric motor has a stator and a permanently excited rotor, which in turn has a number of partially circular in cross section magnets, which are arranged in a, in particular pot-shaped, rotor housing with a cylindri's housing wall on its inner circumference.
  • the rotor housing or its cylindrical housing wall form the magnetic return path of the rotor.
  • the electric motor is particularly suitable as a drive for a radiator fan of a motor vehicle.
  • the magnets are more suitably each formed from two magnet halves, each with a magnetic north and south pole.
  • the respective magnet hereinafter also referred to as a “double magnet”, has this angularly designed side surfaces which limit the circumference and a radial inner surface and a radial outer surface with which the magnet rests on the inner circumference of the cylindrical housing wall.
  • the respective side surface has a first surface section adjoining the outer surface and a second surface section adjoining the inner surface.
  • the magnet (double magnet) which is formed from two magnet halves and is preferably mirror-symmetrical to a magnet center line, has an axially extending radial groove open on the inner surface between the magnet halves.
  • the radial inner surface is the concavely curved surface of the magnet lying radially inward in the radial direction of the electric motor or its rotor, while the convex curved surface of the magnet lying radially outward in the radial direction of the electric motor or its rotor is regarded as the radial outer surface.
  • Ring groove is understood to mean a bead or notch in the magnet (double magnet) that runs in the axial direction of the electric motor or its rotor and extends into the magnet in the radial direction.
  • the radial groove is located in the area of an imaginary magnet center line to which the magnet is mirror-symmetrical and which represents the dividing line between the two magnet halves.
  • the radial groove is open on the inner surface of the magnet, so it has the groove opening there.
  • the invention is based on the consideration that on the one hand the number of magnets should be as small as possible for a simple, time-saving and equidistant installation of the magnets on the rotor.
  • the acoustic behavior is better with a comparatively large number of magnets on the same rotor circumference, since with large magnets that are z. B. each occupy about 20% of the circumference of the circular rotor circumference, while in comparison, small re magnets z. B. occupy only 10% of this circle circumference, in the area of Haramonic vibrations of higher orders, for example in the 45th to 50th order, comparatively high noise levels occur.
  • the magnetic field and the motor current in the rotating field winding determine or influence the basic frequencies of the motor torque, from which the magnetic conductance is determined, which in turn is influenced by the geometry of the air gap between stator and rotor, the air gap geometry in turn determining the radial force te determined or influenced.
  • the invention aims at an optimally optimized adaptation of the geometry of the magnets (double magnets) to the optimally optimized gap geometry, which in turn improves the magnetic effect with regard to a desired reduction in radial forces and thus minimizes the noise development of the electric motor.
  • the magnets have been shown that an adaptation of the magnets by flattening on their two narrow sides (magnetic edges) in connection with a central axial groove (magnetic notch) leads to the desired improvement in acoustic behavior.
  • the two outer magnetic edges (side surfaces) and preferably also the two inner magnetic edges on both sides of the annular groove (notch, bead) are flattened.
  • the second surface section of the respective side surfaces of the magnet stands - or runs - at an angle between 60 ° and 90 ° to the first surface section.
  • the second surface section of the respective side surfaces is particularly preferably at an angle between 70 ° and 80 ° with respect to the first surface section and is in particular (75 ⁇ 2.5) °.
  • the respective magnet has inner surface sections which flank the radial groove.
  • the magnet halves of the magnet in this development each have two surface sections, namely the second surface section as an outer surface section and the inner surface section adjoining the annular groove.
  • the (inner) surface section flanking the radial groove and the second (outer) surface section of the respective side surfaces of the corresponding magnet half suitably lie in the same plane.
  • the central annular groove As a further development of the central annular groove, it is designed to be quasi-cylindrical with an axial slot or preferably semicircular in cross section.
  • the radial groove extends in the radial direction preferably over at least half of the magnet thickness, ie the radial distance between the inner surface and the outer surface of the respective magnet. The greater the groove depth of the annular groove (in the radial direction), the more the desired effects are achieved and the noise behavior of the electric motor is improved.
  • the second surface section of the side surface and / or the surface section flanking the radial groove is between 5% and 10% of the inner surface of the respective magnet, and / or that the sum of the second surface sections of the two side surfaces and of the two surface sections flanking the radial groove is between 20% and 40% of the inner surface of the respective magnet.
  • a bevel surface is provided on the respective side surface of the corresponding magnet between the first surface section and the second surface section.
  • the bevel surface is suitably at an angle between 30 ° and 50 ° with respect to the first surface section and is preferably (35 ⁇ 5) °.
  • the advantages achieved with the invention are in particular that, due to the design of the rotor-side magnets of an electric motor, in particular designed as an external rotor, with flattened outer surface sections on the one hand on the inside of the magnet facing the annular gap to the stator and on the other hand with an axial radial groove (notch, Bead) a suitable gap geometry with a reduction in radial forces when operating the electric motor is achieved and the acoustic behavior of the electric motor is improved during its operation and its noise generation is reduced.
  • the number of magnets used (on the rotor side) is low, which simplifies assembly and improves the equalization of the distances or gap widths in the circumferential direction between the adjacent magnets.
  • FIG. 1 in an exploded view of the stator and the rotor with a
  • FIG. 3 in a cross section a variant of the part-circular magnet , the angular side surfaces of which each have mutually perpendicular surface sections
  • Fig. 4 in a representation according to FIG. 3 shows a further variant of the part-circle-shaped magnet, the angular side surfaces of which each mutually acute-angled surface sections aufwei sen.
  • Fig. 1 shows an electric motor 1 in an exploded view with a stator 2 and a permanently excited rotor 3, which has a number of magnets (permanent magnets) 4 for generating an excitation field and a pot-like rotor housing 5 with a housing base 6 and a cylindrical Has housing wall 7, which forms the magnetic return path.
  • the stator 2 which is formed by a laminated core, is wound with a three-phase rotating field winding 8 in the form of coils.
  • the electric motor 5 has five magnets 4 - also referred to below as double magnets. These are arranged uniformly distributed in the circumferential direction U on the inner circumference of the cylindrical housing wall 7 of the rotor housing 5.
  • each magnet 4 forms the arc of a circle of the same size.
  • each magnet 4 extends over an arc of a circle (pitch circle) of approximately 36 ° or 20% of the circular circumference (360 °) of the rotor 3.
  • Each magnet 4 has a radial groove 10 on the inside, which runs in the drawn axial direction A parallel to the axis of rotation (axis of rotation) D of the electric motor or its rotor 3 and extends in the radial direction R into the respective magnet (magnet body) 4.
  • the radial groove 10 divides the respective magnet 4 into two magnet halves 4a and 4b.
  • Each magnet half 4a, 4b has a magnetic north pole (N) and a magnetic south pole (S).
  • N magnetic north pole
  • S magnetic south pole
  • each magnet 4 has both the inside and the outside - mutually opposite - a magnetic north pole and a magnetic south pole.
  • Fig. 2 shows such a magnet (double magnet 4) in a perspective Dar position with a view of its inner surface 11. With the radially opposite outer surface 12, the magnet rests on the inside of the cylindrical housing wall 7. In the area of the radial groove 10, a magnet center line M is drawn, to which the magnet 4 is mirror-symmetrical and which divides the magnet 4 into the two magnet halves 4a and 4b, thus representing an imaginary dividing line between them.
  • the magnet 4 is delimited in the circumferential direction U by angular side surfaces 13.
  • the respective side surface 13 has a first surface section 13a adjoining the convex outer surface 12 and a second surface section 13b adjoining the concave inner surface 11, which is also referred to below as a flattening.
  • the respective magnet halves 4a, 4b of the magnet 4 have a surface section 14 flanking the radial groove 10.
  • the magnet 4 thus has a total of two inner surface sections 14 and two outer (second) surface sections 13b as well as the (central) axial radial groove 10.
  • the surface sections 14, which the radial groove 10 flank both sides, and the second (outer) surface sections 13b correspond to approximately (7.5 ⁇ 2.5)% of the inner surface 11 of the respective magnet 4.
  • the sum of the second surface sections 13b of the two side surfaces 13 and the two flanking the radial groove 10 Surface sections 14 amount to between 20% and 40% of the inner surface 11 of the respective magnet 4.
  • FIG. 3 shows a variant of the magnet (double magnet) 4 with, in turn, a radial groove 10 extending into the magnet 4 in the radial direction R between the magnet halves 4a and 4b, the groove opening 15 of which is open towards the annular gap 16 which is inside the electric motor 1 is formed between the rotor 3 or its magnet 4 and the stator 2 indicated by dashed lines.
  • no radial groove 10 or its groove opening 15 flanking surface sections 14 are provided.
  • the outer (second) surface sections 13b of the side surfaces 13 run parallel to an imaginary chord (Se edge) 17 at a distance a.
  • the angle a drawn on the left in FIG. 3 between the first surface section 13a and the second surface section 13b is 90 ° in this exemplary embodiment.
  • the first surface sections 13a of the side surfaces 13 lying opposite one another run parallel to one another.
  • the angle ⁇ between the first surface section 13a and the bevel surface 13c is approximately 35 °.
  • FIG. 4 corresponds essentially to that in accordance with FIG. sections 14 on.
  • the respective inner (second) surface section 13b and the (middle) surface section 14 adjacent to the radial groove 10 of the same magnet half 4a, 4b run in the same plane E indicated by dashed lines.
  • the groove depth of the radial groove 10 indicated in FIG. 4 and designated by b is at least half the radial distance between the inner surface 11 and the outer surface 12 of the magnet 4 (along the radius there in the area of the magnet center line M).
  • the radial groove 10 is suitably semicircular, but can also extend over, for example, 200 ° ⁇ 20 ° and thus be in the shape of a cylinder with a longitudinal slot running in the axial direction A as the groove opening 15.
  • the electric motor 1 which is preferably a brushless, internally cooled external rotor motor (rotor), is provided in particular as a drive for a radiator fan of a motor vehicle, the electric motor 1 with its motor or rotor housing 5 not in in the manner shown in more detail - is inserted into a fan hub of a fan wheel with air guide vanes arranged on its outer circumference in order to drive the fan wheel in rotation.
  • rotor a brushless, internally cooled external rotor motor
  • the invention relates to an electric motor 1 with a stator 2 and with a rotor 3, which has a number of magnets 4, which are arranged in a rotor housing 5 on the inner circumference, the respective magnet 4 angularly formed side surfaces 13 as far as a radial inner and outer surface - has z Structure 11, 12 with which the magnet 4 rests on the rotor housing 5, the respective side surface 13 having a first surface section 13a adjoining the outer surface 12 and a two-surface section adjoining the inner surface 11 th surface section 13b, and wherein the magnet 4 has an axially extending radial groove (notch, bead) 10.
  • the solution described can not only be used in the specifically illustrated application, but also in a similar design in other motor vehicle applications, such as door and tailgate p systems, window regulators, vehicle locks, adjustable seat and interior systems as well as electric drives, controls, sensors and their arrangement in the vehicle.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor (1) mit einem Stator (2) und mit einem Rotor (3), der eine Anzahl von Magneten (4) aufweist, die in einem Rotorgehäuses (5) innenumfangsseitig angeordnet sind, wobei der jeweilige Magnet (4) winkelförmig ausgebildete Seitenflächen (13) sowie eine radiale Innen- und Außenfläche (11, 12) aufweist, mit welcher der Magnet (4) am Rotorgehäuses (5) anliegt, wobei die jeweilige Seitenfläche (13) einen an die Außenfläche (12) angrenzenden ersten Flächenabschnitt (13a) und einen an die Innenfläche (11) angrenzenden zweiten Flächenabschnitt (13b) aufweist, und wobei der Magnet (4) eine axial verlaufende Radialnut (10) aufweist.

Description

Beschreibung
Elektromotor, insbesondere Kühlerlüftermotor
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, insbesondere einen bürstenlosen Elekt romotor mit Außenrotor (Außenläufer), vorzugsweise einen Kühlerlüftermotor ei nes Kraftfahrzeugs.
Ein derartiger Elektromotor umfasst üblicherweise einen gegenüber einem fest stehenden Stator drehbar gelagerten Rotor. Bei einem bürstenlosen Elektromotor ist der Stator häufig mit einer Drehfeldwicklung bestückt, mit der durch deren Be aufschlagung mit einem Wechselstrom ein magnetisches Drehfeld erzeugt wird. Der bei einem Innenläufermotor innerhalb des im Wesentlichen hohlzylindrischen Stators angeordnete Rotor und bei einem Außenläufermotor konzentrisch außer halb des Stators zu diesem konzentrisch angeordnete Rotor ist in der Regel mit Permanentmagneten bestückt, die ein mit dem Drehfeld des Stators wechselwir kendes Rotormagnetfeld erzeugen.
Bei einem bürstenlosen Elektromotor wird der zur Speisung der Statorwicklung vorgesehene Wechselstrom üblicherweise durch einen Umrichter (Wechselrichter) erzeugt. Bei kleineren Elektromotoren ist dieser Umrichter zusammen mit einer zugeordneten Steuerelektronik häufig in ein Elektronikfach aufgenommen, das in das Motorgehäuse integriert ist.
Insbesondere bei einem als Außenläufermotor konzipierten bürstenlosen Elektro motor für den Kühlerlüfter eines Kraftfahrzeugs ist ein topfartiges Rotorgehäuse vorgesehen, an dessen zylindrischen Innenumfang (Innenwand) eine Anzahl von Magneten gleichmäßig verteilt angeordnet ist. Es hat sich durch Akustikmessun gen gezeigt, dass bei einem derartigen Außenläufermotor akustische Probleme auftreten. Dies führt zu unerwünschten Geräuschentwicklungen beim Betrieb des Elektromotors, beispielsweise in einem typischen Drehzahlbereich zwischen 1000 rpm und 1500 rpm (rounds per minute, Umdrehungen pro Minute).
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor der genann ten Art anzugeben, bei dem einerseits die Geräuschentwicklungen möglichst ge ring sind, und bei dem andererseits eine möglichst einfache Montage der Magnete am Rotor ermöglicht ist. Insbesondere sollen möglichst wenige und möglichst glei che Abstände zwischen den einzelnen Magneten eingehalten und eine zeitspa rende Montage der Magnete ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1 . Vorteilhafte Varianten, Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Hierzu weist der Elektromotor einen Stator und einen permanenterregten Rotor auf, der seinerseits eine Anzahl von im Querschnitt teilkreisförmige Magneten aufweist, die in einem, insbesondere topfartigen, Rotorgehäuses mit einer zylindri schen Gehäusewandung an deren Innenumfang angeordnet sind. Das Rotor gehäuse bzw. dessen zylindrischen Gehäusewandung bilden den magnetischen Rückschluss des Rotors. Der Elektromotor ist besonders als Antrieb für einen Kühlerlüfter eines Kraftfahrzeugs geeignet.
Die Magnete sind geeigneter jeweils aus zwei Magnethälten mit jeweils einem magnetischen Nord- und Südpol gebildet. Der jeweilige, nachfolgend auch als „Doppelmagnet“ bezeichnete Magnet weist diesen in Umfangsrichtung begren zende, winkelförmig ausgebildete Seitenflächen und eine radiale Innenfläche so wie eine radiale Außenfläche auf, mit welcher der Magnet am Innenumfang der zylindrischen Gehäusewandung anliegt. Die jeweilige Seitenfläche weist einen an die Außenfläche angrenzenden ersten Flächenabschnitt und einen an die Innen fläche angrenzenden zweiten Flächenabschnitt auf. Der aus zwei Magnethälften gebildete, vorzugsweise zu einer Magnetmittellinie spiegelsymmetrische, Magnet (Doppelmagnet) weist zwischen den Magnethälften eine axial verlaufende und an der Innenfläche offene Radialnut auf. Die radiale Innenfläche ist die in Radialrichtung des Elektromotors bzw. dessen Rotors radial innen liegende, konkav gekrümmte Fläche des Magneten, während als radiale Außenfläche die in Radialrichtung des Elektromotors bzw. dessen Ro- tors radial außen liegende, konvex gekrümmte Fläche des Magneten angesehen wird.
Unter„Radialnut“ wird eine Sicke oder Kerbe im Magnet (Doppelmagnet) verstan den, die in Axialrichtung des Elektromotors bzw. dessen Rotors verläuft und sich in Radialrichtung in den Magnet hinein erstreckt. Die Radialnut befindet sich im Bereich einer gedachten Magnetmittellinie, zu welcher der Magnet spiegelsymmet risch ist, und welche die Trennlinie zwischen den beiden Magnethälften darstellt. Die Radialnut ist an der Innenfläche des Magneten offen, weist also dort die Nutöffnung auf.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass einerseits für eine einfache, zeitsparende und abstandsgleiche Montage der Magnete am Rotor die Anzahl der Magnete möglichst gering sein sollte. Andererseits ist das akustische Verhalten bei einer vergleichsweise großen Anzahl von Magneten am gleichen Rotorumfang besser, da bei großen Magneten, die z. B. jeweils etwa 20% des Kreisumfangs des kreisförmigen Rotorumfangs einnehmen, während im Vergleich hierzu kleine re Magnete z. B. jeweils nur 10% dieses Kreisumfangs einnehmen, im Bereich haramonischer Schwingungen höherer Ordnungen, beispielsweise in der 45. bis 50. Ordnung, vergleichsweis hohe Geräuschentwicklungen auftreten.
Erkanntermaßen sind die akustischen Probleme auf die bei Erzeugung des Dreh feldes wirkenden Radialkräfte zurückzuführen. Dabei bestimmen bzw. beeinflus sen das Magnetfeld und der Motorstrom in der Drehfeldwicklung die Grundfre quenzen des Motor-Drehmomentes, woraus wiederum der magnetische Leitwert bestimmt wird, der seinerseits von der Geometrie des Luftspalts zwischen Stator und Rotor beeinflusst wird, wobei die Luftspaltgeometrie wiederum die Radialkräf te bestimmt bzw. beeinflusst. Die Erfindung zielt nun auf eine möglichst optimierte Anpassung der Geometrie der Magnete (Doppelmagnete) an die möglichst weitgehend optimierte Spaltgeo metrie ab, was wiederum die magnetische Wirkung im Hinblick auf eine ge wünschte Reduzierung der Radialkräfte verbessert und damit die Geräuschent- Wicklung des Elektromotors minimiert. Es hat sich gezeigt, dass eine Anpassung der Magneten durch Abflachungen an deren beiden Schmalseiten (Magnetkanten) in Verbindung mit einer mittleren Axialnut (Magnetkerbe) zur gewünschten Ver besserung des akustischen Verhaltens führt. Bei den Doppelmagneten sind daher die beiden äußeren Magnetkanten (Seitenflächen) und vorzugsweise auch die beiden inneren Magnetkanten beidseitig der Ringnut (Kerbe, Sicke) abgeflacht.
In zweckmäßiger Ausgestaltung steht - oder verläuft - ass der zweite Flächenab schnitt der jeweiligen Seitenflächen des Magneten zu dem ersten Flächenab schnitt in einem Winkel zwischen 60° und 90°. Besonders bevorzugt steht der zweite Flächenabschnitt der jeweiligen Seitenflächen zu dem ersten Flächenab schnitt in einem Winkel zwischen 70° und 80° und beträgt insbesondere (75 ± 2,5)°.
In einer besonders geeigneten Weiterbildung weist der jeweilige Magnet innere Flächenabschnitte auf, welche die Radialnut flankieren. Somit weisen die Magnet hälften des Magnets in dieser Weiterbildung jeweils zwei Flächenabschnitte auf, nämlich den zweiten Flächenabschnitt als einen äußeren Flächenabschnitt und den an die Ringnut angrenzenden inneren Flächenabschnitt. Geeigneter Weise liegen der die Radialnut flankierende (innere) Flächenabschnitt und der zweite (äußere) Flächenabschnitt der jeweiligen Seitenflächen der entsprechenden Mag nethälfte in der gleichen Ebene.
Als Weiterbildung der mittigen Ringnut ist diese quasi zylindrisch mit einem Axial schlitz, oder im Querschnitt vorzugsweise halbkreisförmig, ausgestaltet. Dabei erstreckt sich die Radialnut in Radialrichtung vorzugsweise über mindestens die Hälfte der Magnetdicke, d. h. des radialen Abstandes zwischen der Innenfläche und der Außenfläche des jeweiligen Magneten. Je größer die Nut tiefe der Ringnut (in Radialrichtung) ist, desto mehr werden die gewünschten Effekte erzielt und das Geräuschverhalten des Elektromotors verbessert.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der zweiten Flächenabschnitt der Seitenfläche und/oder der die Radialnut flankierende Flä chenabschnitte zwischen 5% und 10% der Innenfläche des jeweiligen Magneten beträgt, und/oder dass die Summe der zweiten Flächenabschnitte der beiden Sei tenflächen und der beiden die Radialnut flankierenden Flächenabschnitt zwischen 20% und 40% der Innenfläche des jeweiligen Magneten beträgt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist an der jeweiligen Seitenfläche des entsprechenden Magneten zwischen dem ersten Flächenabschnitt und dem zwei ten Flächenabschnitt eine Fasenfläche vorgesehen. Geeigneter Weise steht die Fasenfläche zum ersten Flächenabschnitt in einem Winkel zwischen 30° und 50° und beträgt vorzugsweise (35 ± 5)°.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Ausbildung der rotorseitigen Magnete eines insbesondere als Außenläufer ausgeführten Elektromotors mit einerseits abgeflachten äußeren Flächenabschnit ten auf der dem Ringspalt zum Stator zugewandten Magnetinnenseite und ande rerseits mit einer zum Ringspalt offenen axialen Radialnut (Kerbe, Sicke) bereits eine geeignete Spaltgeometrie mit einer Reduzierung der Radialkräfte beim Be trieb des Elektromotors erreicht und das akustische Verhalten des Elektromotors während dessen Betriebs verbessert sowie dessen Geräuschentwicklungen redu ziert werden. Darüber hinaus ist die Anzahl der (rotorseitig) eingesetzten Magnete gering, was die Montage vereinfacht und die Vergleichmäßigung der Abstände bzw. Spaltbreiten in Umfangsrichtung zwischen den benachbarten Magneten ver bessert.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: Fig. 1 in einer Explosionsdarstellung den Stator und den Rotor mit einem
Rotorgehäuse und mit einer Anzahl von teilkreisförmigen Magneten (Permanentmagnet) eines bürstenlosen Außenläufer-Elektromotors (Außenläufer), insbesondere eines Kühlerlüfters für ein Kraftfahr zeug,
Fig. 2 in perspektivischer Darstellung einen der rotorseitigen Magneten
(Permanentmagnet) mit einer Außenfläche, mit einer Innenfläche, mit winkelförmig ausgebildeten Seitenflächen und mit einer axial verlau fenden, an der Innenfläche offenen Radialnut (Kerbe) zwischen zwei Magnethälften mit die Radialnut flankierenden Flächenabschnitten, Fig. 3 in einem Querschnitt eine Variante des teilkreisförmigen Magneten, deren winkelförmig ausgebildeten Seitenflächen jeweils zueinander rechtwinklig stehende Flächenabschnitte aufweisen, und Fig. 4 in einer Darstellung gemäß Fig. 3 eine weitere Variante des teilkreis förmigen Magneten, deren winkelförmig ausgebildeten Seitenflächen jeweils zueinander spitzwinklig stehende Flächenabschnitte aufwei sen.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt einen Elektromotor 1 in einer Explosionsdarstellung mit einem Stator 2 und mit einem permanent erregten Rotor 3, der eine Anzahl von Magneten (Per manentmagneten) 4 zur Erzeugung eines Erregerfeldes und ein topfartiges Rotor- gehäuse 5 mit einem Gehäuseboden 6 und einer zylindrische Gehäusewand 7 aufweist, die den magnetischen Rückschluss bildet. Der Stator 2, der durch ein Blechpaket gebildet ist, ist mit einer dreiphasigen Drehfeldwicklung 8 in Form von Spulen bewickelt. Im Ausführungsbeispiel weist der Elektromotor 5 fünf - nachfolgend auch als Dop pelmagnete bezeichnete - Magnete 4 auf. Diese sind am Innenumfang der zylind rischen Gehäusewand 7 des Rotorgehäuses 5 in Umfangsrichtung U gleichmäßig verteilt angeordnet. Dabei sind die zwischen den Magneten 4 gebildeten Abstände oder Spalte 9 zumindest annähernd gleich. Der jeweilige Magnet (Doppelmagnet) 4 ist teilkreisförmig. In anderen Worten bildet jeder einzelne Magnet 4 den Kreis bogen eines gleich großen Kreissektors. Im Ausführungsbeispiel erstreckt sich jeder Magnet 4 über einen Kreisbogen (Teilkreis) von etwa 36° oder 20% des kreisförmigen Umfangs (360°) des Rotors 3.
Jeder Magnet 4 weist innenseitig eine Radialnut 10 auf, die in die eingezeichnete Axialrichtung A parallel zur Drehachse (Rotationsachse) D des Elektromotorsl bzw. dessen Rotors 3 verläuft und sich in Radialrichtung R in den jeweiligen Mag neten (Magnetgrudkörper) 4 hinein erstrecken. Die Radialnut 10 unterteilt den je weiligen Magnet 4 quasi in zwei Magnethälften 4a und 4b. Jede Magnethälfte 4a, 4b weist einen magnetischen Nordpol (N) und einen magnetischen Südpol (S) auf. In anderen Worten weist jeder Magnet 4 sowohl innenseitig als auch außenseitig - wechselseitig gegenüberliegend - einen magnetischen Nordpol und einen magne tischen Südpol auf.
Fig. 2 zeigt einen solchen Magneten (Doppelmagneten 4) in perspektivischer Dar stellung mit Blick auf dessen Innenfläche 11. Mit der radial gegenüberliegenden Außenfläche 12 liegt der Magnet an der zylindrischen Gehäusewand 7 innenseitig an. Im Bereich der Radialnut 10 ist eine Magnetmittellinie M eingezeichnet, zu welcher der Magnet 4 spiegelsymmetrisch ist, und welche den Magnet 4 in die beiden Magnethälften 4a und 4b teilt, zwischen diese also quasi eine gedachte Trennlinie darstellt. Der Magnet 4 ist in Umfangsrichtung U durch winkelförmig ausgebildete Seitenflächen 13 begrenzt. Die jeweilige Seitenfläche 13 weist einen an die konvexe Außenfläche 12 angrenzenden ersten Flächenabschnitt 13a und einen an die konkave Innenfläche 11 angrenzenden zweiten Flächenabschnitt 13b auf, der nachfolgend auch als Abflachung bezeichnet wird. Zudem weist die jewei lige Magnethälfte 4a, 4b des Magneten 4 einen die Radialnut 10 flankierenden Flächenabschnitt 14 auf.
Der Magnet 4 weist in dieser Ausführungsform somit insgesamt zwei innere Flä chenabschnitt 14 und zwei äußere (zweite) Flächenabschnitte 13b sowie die (mitt lere) axiale Radialnut 10 auf. Die Flächenabschnitte 14, welche die Radialnut 10 beidseitig flankieren, und die zweiten (äußeren) Flächenabschnitte 13b entspre chen jeweils etwa (7,5 ± 2,5)% der Innenfläche 11 des jeweiligen Magneten 4. Die Summe der zweiten Flächenabschnitte 13b der beiden Seitenflächen 13 und der beiden die Radialnut 10 flankierenden Flächenabschnitte 14 beträgt zwischen 20% und 40% der Innenfläche 11 des jeweiligen Magneten 4.
Fig. 3 zeigt eine Variante des Magneten (Doppelmagneten) 4 mit wiederum einer sich zwischen den Magnethälften 4a und 4b in Radialrichtung R in den Magnet 4 hinein erstreckenden Radialnut 10, deren Nutöffnung 15 zum Ringspalt 16 hin of- fen ist, der innerhalb des Elektromotors 1 zwischen dem Rotor 3 bzw. dessen Magneten 4 und dem strichliniert angedeuteten Stator 2 gebildet ist. Bei dieser Ausführungsform sind keine die Radialnut 10 bzw. deren Nutöffnung 15 flankie rende Flächenabschnitte 14 vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform nach Fig. 3 verlaufen die äußeren (zweiten) Flächen abschnitte 13b der Seitenflächen 13 parallel zu einer gedachten Kreissehne (Se kante) 17 in einem Abstand a. Dieser repräsentiert denjenigen Seitenabschnitt 18 des Magneten 4, welcher unter Fierstellung des jeweiligen äußeren (zweiten) Flä chenabschnitts 13b vom ursprünglichen Formkörper des Magneten 4 durch Bear- beitung entnommen (entfernt) worden ist. Zwischen dem ersten Flächenabschnitt 13a und dem zweiten Flächenabschnitt 13b der jeweiligen Seitenfläche 13 des Magneten 4 ist eine Fasenfläche 13c gebildet.
Der in Figur 3 links eingezeichnete Winkel a zwischen dem ersten Flächenab- schnitt 13a und dem zweiten Flächenabschnitt 13b beträgt in diesem Ausfüh rungsbeispiel 90°. Zudem verlaufen bei diesem Ausführungsbeispiel die ersten Flächenabschnitte 13a der einander gegenüberliegenden Seitenflächen 13 zuei nander parallel. Der Winkel ß zwischen dem ersten Flächenabschnitt 13a und der Fasenfläche 13c beträgt ca. 35°.
Die Ausführungsform gemäß Figur 4 entspricht im Wesentlichen derjenigen nach Figur 2. Auch hier weist der Magnet 4 die Radialnut 10 an der Innenfläche 11 mit die die Radialnut 10 bzw. deren Nutöffnung 15 beidseitig flankierenden Flächen- abschnitten 14 auf. In dieser Ausführungsform verlaufen der jeweilige innere (zweite) Flächenabschnitt 13b und der der Radialnut 10 benachbarte (mittlere) Flächenabschnitt 14 der gleichen Magnethälfte 4a, 4b in derselben, strichliniert angedeuteten Ebene E.
Bei dieser Ausführungsform nach Figur 4 beträgt der Winkel a zwischen dem ers ten Flächenabschnitt 13a und dem zweiten Flächenabschnitt 13b der Seitenfläche 13 der jeweiligen Magnethälfte 4a, 4b etwa 70° bis 80°, mit vorzugsweise a = (75 ± 2,5)°.
Die in Figur 4 angedeutete und mit b bezeichnete Nuttiefe der Radialnut 10 beträgt mindestens die Hälfte des radialen Abstands zwischen der Innenfläche 11 und der Außenfläche 12 des Magneten 4 (entlang des dortigen Radius im Bereich der Magnetmittellinie M). Die Radialnut 10 ist geeigneterweise halbkreisförmig, kann sich jedoch auch über beispielsweise 200° ± 20° erstrecken und somit zyllinder- förmig mit einem in Axialrichtung A verlaufenden Längsschlitz als Nutöffnung 15 ausgeführt sein.
Der Elektromotor 1 , bei dem es sich bevorzugt um einen bürstenlosen, eigen ge- kühlten Außenläufermotor (-rotor) handelt, ist insbesondere als Antrieb für einen Kühlerlüfter eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, wobei der Elektromotor 1 mit des sen Motor- oder Rotorgehäuse 5 - in nicht näher dargestellter Art und Weise - in eine Lüfternabe eines Lüfterrades mit an dessen Außenumfang angeordneten Luftleitschaufeln eingesetzt ist, um das Lüfterrad rotatorisch anzutreiben.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Elektromotor 1 mit einem Stator 2 und mit einem Rotor 3, der eine Anzahl von Magneten 4 aufweist, die in einem Rotorgehäuses 5 innenumfangsseitig angeordnet sind, wobei der jeweilige Magnet 4 winkelförmig ausgebildete Seitenflächen 13 soweit eine radiale Innen- und Au- ßenfläche 11 , 12 aufweist, mit welcher der Magnet 4 am Rotorgehäuses 5 anliegt, wobei die jeweilige Seitenfläche 13 einen an die Außenfläche 12 angrenzenden ersten Flächenabschnitt 13a und einen an die Innenfläche 11 angrenzenden zwei- ten Flächenabschnitt 13b aufweist, und wobei der Magnet 4 eine axial verlaufende Radialnut (Kerbe, Sicke) 10 aufweist.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem
Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu ver lassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Zudem kann die beschriebene Lösung nicht nur in dem speziell dargestellten An wendungsfall zum Einsatz kommen, sondern auch in ähnlicher Ausführung bei anderen Kraftfahrzeug-Anwendungen, wie zum Beispiel bei Tür- und Heckklap pensystemen, bei Fensterhebern, bei Fahrzeugschlössern, bei verstellbaren Sitz- und Innenraumsystemen sowie bei elektrischen Antrieben, Steuerungen, Senso ren und deren Anordnung im Fahrzeug.
Bezugszeichenliste
1 Elektromotor
2 Stator
3 Rotor
4 Doppel-/Magnet
4a, b Magnethälfte
5 Rotorgehäuse
6 Gehäuseboden
7 Gehäusewand
8 Drehfeldwicklung
9 Abstand/Spalt
10 Radialnut
11 Innenfläche
12 Außenfläche
13 Seitenfläche
13a erster Flächenabschnitt 13b zweiter Flächenabschnitt 13c dritter Flächenabschnitt 14 Flächenabschnitt
15 Nutöffnung
16 Ringspalt
17 Kreissehne/Sekante
18 Seitenabschnitt
A Axialrichtung
D Dreh-/Rotationsachse
E Ebene
M Magnetmittellinie
R Radialrichtung
U Umfangsrichtung a Abstand b Nuttiefe a,b Winkel

Claims

Ansprüche
1. Elektromotor (1 ), insbesondere für einen Kühlerlüfter eines Kraftfahrzeugs, mit einem Stator (2) und mit einem permanenterregten Rotor (3), der eine Anzahl von im Querschnitt teilkreisförmigen Magneten (4) aufweist, die in einem, insbesondere topfartigen, Rotorgehäuses (5) mit einer zylindrischen Gehäusewand (7) angeordnet sind,
- wobei der jeweilige Magnet (4) diesen in Umfangsrichtung (U) begren zende, winkelförmig ausgebildete Seitenflächen (13) und eine radiale In nenfläche (11 ) sowie eine radiale Außenfläche (12) aufweist, mit welcher der Magnet (4) am Innenumfang der zylindrischen Gehäusewand (7) an liegt,
- wobei die jeweilige Seitenfläche (13) einen an die Außenfläche (12) an grenzenden ersten Flächenabschnitt (13a) und einen an die Innenfläche (11 ) angrenzenden zweiten Flächenabschnitt (13b) aufweist, und
- wobei der Magnet (4) aus zwei Magnethälften (4a, 4b) gebildet ist, zwi schen denen eine axial verlaufende und an der Innenfläche (11 ) offene Radialnut (10) vorgesehen ist.
2. Elektromotor (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Flächenabschnitt (13b) der jeweiligen Seitenflächen (13) zu dem ersten Flächenabschnitt (13a) in einem Winkel (a) zwischen 60° und 90° steht.
3. Elektromotor (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Flächenabschnitt (13b) der jeweiligen Seitenflächen (13) zu dem ersten Flächenabschnitt (13a) in einem Winkel (a) zwischen 70° und 80°, insbesondere in einem Winkel a = (75 ± 2,5)°, steht.
4. Elektromotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Magnethälften (4a, 4b) des jeweiligen Magneten (4) die Radialnut (10) flankierende Flächenabschnitte (14) aufweisen.
5. Elektromotor (1 ) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der die Radialnut (10) flankierende Flächenabschnitt (14) und der zweite Flächenabschnitt (13b) der Seitenflächen (13) der jeweiligen Mag nethälfte (4a, 4b) in der gleichen Ebene (E) liegen.
6. Elektromotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Radialnut (10) im Querschnitt halbkreisförmig ist.
7. Elektromotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Nuttiefe (b) der Radialnut (10) in Radialrichtung (R) mindestens der Hälfte des radialen Abstands zwischen der Innenfläche (11 ) und der Außenfläche (12) des jeweiligen Magneten (4) beträgt.
8. Elektromotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
- dass der zweite Flächenabschnitt (13b) der Seitenfläche (13) und/oder der die Radialnut (10) flankierende Flächenabschnitt (14) zwischen 5% und 10% der Innenfläche (11 ) des jeweiligen Magneten (4) beträgt, und/oder
- dass die Summe der zweiten Flächenabschnitte (13b) der beiden Sei tenflächen (13) und der beiden die Radialnut (10) flankierenden Flä chenabschnitt (14) zwischen 20% und 40% der Innenfläche (11 ) des je weiligen Magneten (4) beträgt.
9. Elektromotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass an der jeweiligen Seitenfläche (13) des entsprechenden Magneten (4) zwischen dem ersten Flächenabschnitt (13a) und dem zweiten Flächenab schnitt (13b) eine Fasenfläche (13c) vorgesehen ist.
10. Elektromotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Fasenfläche (13c) zum ersten Flächenabschnitt (13a) in einem Winkel (ß) zwischen 30° und 50°, vorzugsweise ß = (35 ± 5)°, steht.
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