WO2023118109A1 - Rotor, nabenmotor und verfahren zur herstellung des rotors - Google Patents

Rotor, nabenmotor und verfahren zur herstellung des rotors Download PDF

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WO2023118109A1
WO2023118109A1 PCT/EP2022/086944 EP2022086944W WO2023118109A1 WO 2023118109 A1 WO2023118109 A1 WO 2023118109A1 EP 2022086944 W EP2022086944 W EP 2022086944W WO 2023118109 A1 WO2023118109 A1 WO 2023118109A1
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WO
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spacer
rotor
permanent magnets
elements
circumferential direction
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/086944
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Acker
Stephan Kohler
Pierre Bernard
Klaus-Dieter Haefele
Matthias Willig
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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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

  • the invention relates to a rotor according to the species of the independent claim.
  • the invention also relates to a hub motor with such a rotor and a method for producing such a rotor.
  • Today's electric scooters are mainly driven by hub motors, in which the stator sits in the middle and is fixed to the axle in the rear wheel and the rim - with permanent magnets distributed along the circumference - acts as a rotor.
  • such rotors are often used in which the magnets are positioned on the circumference without any spacing from one another.
  • This enables simple and robust production.
  • this has the disadvantage that a lot of expensive magnetic material has to be installed. Therefore, there are now more rotors on the market in which the magnets are mounted at a distance from one another along the circumference.
  • assembly is made much more difficult, since the magnets have to be correctly positioned and attached to the rim.
  • tangential magnetic forces and field forces of the stator act during operation, which can loosen the magnets from their intended position on the rim over the service life.
  • the present invention describes a rotor for an electrical machine, in particular for a hub motor, with a largely hollow-cylindrical yoke element and a plurality of permanent magnets, which are arranged uniformly on the yoke element in the circumferential direction.
  • a spacer element of a spacer is arranged in each case between two permanent magnets that are adjacent to one another in the circumferential direction.
  • the spacer enables the permanent magnets to be positioned quickly and precisely.
  • the permanent magnets are supported against tangential movements during operation, so that they can be firmly fixed over the service life of the electric machine.
  • An electrical machine should be understood to mean in particular an electric motor, preferably a rotary electric motor with a stator and a rotor.
  • a stator is usually set up to accommodate excitation coils.
  • the excitation coils can generate a magnetic field that changes over time, in particular a rotary field, which is provided to cause the rotor to rotate.
  • the rotor or the rotor of the electric motor is equipped with permanent magnets which couple to the field generated by the excitation coils of the stator.
  • the rotor can be designed as an inner rotor in an outer stator, or the rotor can be designed as an outer rotor around an inner stator.
  • the rotor is preferably an external rotor and has a rim.
  • the present invention works for any motor topology. Topologies with 46 rotor poles or permanent magnets and 51 stator slots or
  • the permanent magnets are preferably magnetized along a radial direction, but it is also conceivable for the permanent magnets to be magnetized along a circumferential direction. In the case of permanent magnets magnetized in the radial direction, the permanent magnets along the circumferential direction are preferably alternately magnetized outwards in the radial direction and magnetized inwards counter to the radial direction
  • an axial direction should be understood to mean a direction that extends parallel to an imaginary axis of rotation of the rotor.
  • a circumferential direction or tangential direction should be understood to mean a direction which extends along a circumference of the rotor, in particular of the return element.
  • the circumferential direction is arranged perpendicular to the axial direction.
  • a radial direction should be understood to mean a direction which is arranged perpendicularly to the circumferential direction and the axial direction and extends radially outwards from the imaginary axis of rotation of the rotor.
  • a return element should preferably be understood to mean a structure which has a ferromagnetic material and has a high magnetic permeability.
  • the yoke element is largely ring-shaped and is sometimes also referred to as a yoke ring.
  • the return element is preferably largely in the form of a hollow cylinder.
  • the permanent magnets are preferably designed as small rectangular plates, which have a significantly smaller thickness than the width and length spanning the rectangle, with the length being greater than the width.
  • the permanent magnets are preferably arranged with their main extension direction or length in the axial direction, with the width in the circumferential direction and with the thickness in the radial direction. Due to their magnetization, the permanent magnets adhere to the return element.
  • the permanent magnets can advantageously be glued to the return element with an adhesive. This improves adhesion and enables a particularly reliable and durable rotor to be provided.
  • a structure is largely in the form of a hollow cylinder should be understood to mean in particular that an imaginary hollow cylinder exists, of which this structure deviates by less than 80% of its volume, preferably by less than 90%, particularly preferably by less than 95%.
  • the rotor is further improved if the spacer has rung-shaped spacer elements which extend essentially in the axial direction.
  • permanent magnets extending in the axial direction for example permanent magnets of rectangular design--can contact the spacer elements with a side extending in the axial direction, which enables particularly reliable tangential protection.
  • Oriented essentially in one direction is to be understood in particular as meaning an orientation which deviates from said direction by less than 10°, preferably by less than 5°, particularly preferably by less than 2°.
  • the spacer elements each extend from a first axial end face of the adjacent permanent magnets to an axially opposite second axial end face of the adjacent permanent magnets.
  • a spacer element extends largely along the entire length of the magnet in the axial direction. This enables full-circumferential tangential contact, which further improves the tangential stabilization of the permanent magnets.
  • the stabilizing effect of the spacer elements is further improved if the spacer elements each have a radial thickness which preferably corresponds to between 10% and 120% of a radial magnet thickness of a permanent magnet between 80% and 110%, more preferably between 90% and 100%.
  • a radial magnet thickness is to be understood in particular as meaning a length of the extension of the permanent magnet in the radial direction, with the permanent magnet being mounted in the rotor in a final state.
  • the radial thickness of the spacer elements is preferably constant or largely constant along the axial direction. Largely constant is to be understood here as meaning that the thickness deviates from a target value by less than 10%, preferably less than 5%, particularly preferably less than 2%.
  • the radial thickness of the spacer element is designed differently along the axial direction.
  • the spacer element has areas of different radial thickness.
  • a spacer element have a first and second area, which have a greater radial thickness of between 70% and 120%, preferably between 80% and 110%, particularly preferably between 90% and 100% of the radial magnet thickness, with the first and second area is arranged on one of the two axial end faces of the permanent magnets.
  • the spacer element preferably has a central third region which has a smaller radial thickness of between 20% and 70%, preferably between 30% and 60%, particularly preferably between 40% and 50% of the radial magnet thickness.
  • the third area is advantageously arranged axially centrally between the two axial end faces of the permanent magnets. This has the advantage that very good tangential stabilization of the permanent magnets is possible with minimal use of material.
  • the rotor is further improved if the spacer has at least one connecting element which extends in the circumferential direction, is arranged on an axial end face of the rotor or the return element and is connected to the spacer elements.
  • the spacer has two connecting elements, which are each arranged on two opposite axial end faces of the rotor or the return element.
  • each of the spacer elements is connected to both connecting elements. This secures the permanent magnets against displacement in both axial directions, and the spacer elements are also kept at two points at a distance, which enables particularly secure positioning.
  • the two connecting elements both extend along the circumferential direction and are arranged parallel to one another.
  • the spacer elements each extend in the axial direction and are each connected to one of the connecting elements at their two axial end points.
  • the connecting elements are preferably arranged equidistantly along the circumference.
  • the spacer mounted in the rotor is therefore preferably in the form of a ladder, with the spacer elements representing the equidistant rungs of the ladder, and with the ladder having a round or annular shape.
  • the permanent magnets are arranged between the rungs of the ladder or the spacer elements.
  • the rotor is further improved if the connecting element has at least one separation point, which is arranged between two adjacent permanent magnets in the circumferential direction.
  • a separation point is to be understood as meaning a distance in the circumferential direction.
  • the connecting element does not run continuously along the entire circumference of the return element and is therefore not ring-shaped, but has one or more interruptions.
  • the connecting element is somewhat shorter than the circumference and has a starting point and end point which, mounted in the rotor, are at a distance or the separation point from one another. If the connecting element has more than one separation point, the separation points are each arranged between different pairs of adjacent permanent magnets.
  • the connecting element is designed in several parts, each of the at least two sections of the connecting element having a starting point and end point, with each because an end point and a starting point of sections of the connecting element that are adjacent to one another in the circumferential direction are arranged on one another and have a separation point relative to one another.
  • a deformable connecting element or part of a connecting element preferably an elastically deformable connecting element
  • the spacer has two connecting elements which are arranged on two opposite axial end faces of the rotor or the return element and both connecting elements each have exactly one separation point which is arranged between two adjacent permanent magnets.
  • the spacer has at least two sections, with each of the sections of the spacer being assigned two sections of connecting elements, with the two sections of connecting elements associated with one another being arranged on two opposite axial end faces of the rotor or the return element and in the axial direction are arranged opposite.
  • two end spacer elements are arranged at the at least one separation point in the circumferential direction between the two adjacent permanent magnets, each of which has a separation point with respect to one another.
  • the end spacer elements together with the point of separation in the circumferential direction preferably have the same or a smaller tangential extent than the other spacer elements. This has the advantage that the two permanent magnets can also be well supported at the point of separation.
  • two end spacer elements are assigned to each section of the connecting element.
  • one of the end spacer elements is arranged at a starting point of the connecting element and the other end spacer element is arranged at the end point of the connecting element.
  • the spacer has two connecting elements, which are arranged on two opposite axial end faces of the rotor or the return element, and a first end spacer element is arranged at the two starting points of the two connecting elements, and a second end spacer element is arranged at the two end points of the two Connecting elements is arranged.
  • end spacer element is arranged between the adjacent permanent magnets at the point of separation, which end spacer element is designed largely like the other spacer elements.
  • the end spacer element is either located at a starting point of the connecting element or located at an ending point of the connecting element.
  • the at least one connection element has a radial connection thickness which is between 10% and 120% of a radial magnet thickness of a permanent magnet, preferably between 25% and 80%, particularly preferably between 35% and 55%.
  • a spacer that extends linearly before assembly can be brought into an annular shape in a particularly safe and reliable manner, which enables safe and reliable assembly.
  • tree space can be saved in this way on the axial end face, so that there is space in particular for winding overhangs of the stator and/or sensors, for example rotor position sensors.
  • the spacer is designed in one piece, in particular in one piece with the spacer elements, this has the advantage of high mechanical stability. In addition, such a spacer can be manufactured particularly easily.
  • the spacer is advantageously formed in one piece with the connecting elements, in particular the connecting elements are formed in one piece with the spacer elements.
  • one-piece is to be understood in particular as being materially bonded, for example by a welding process and/or an adhesive process etc. and particularly advantageously molded, for example by being produced from a single cast and/or by being produced in a one-component or multi-component injection molding process.
  • the spacer is produced by plastic injection molding. It is possible that the spacer is injected in one piece, in particular as a flat or linearly extending component in a mold. However, it is also possible for the spacer to be produced segment by segment by continuous plastic injection molding, a segment advantageously being sharpened in each step, for example a piece of the connecting element or both connecting elements with one or more spacers.
  • the spacer has recesses formed between the spacer elements for the permanent magnets, in which the permanent magnets are respectively set.
  • Such recesses can be formed in particular by two connecting elements and two mutually adjacent spacer elements.
  • two connecting elements and in each case two mutually adjacent spacer elements can form the boundary or the edge of a recess.
  • the recesses are largely identical to one another and are arranged equidistantly along the spacer.
  • the geometry or shape of the recesses preferably corresponds to the contour of the permanent magnets.
  • Such a spacer can be manufactured particularly easily, for example by providing a flat band or belt from which the recesses are punched. It has turned out to be particularly advantageous if the spacer is essentially made of plastic.
  • Plastics with a high temperature resistance and elasticity are preferred. These have high durability and can be installed safely, especially when bending the linear spacer into the annular shape. In addition, the plastic has no negative influence on the magnetic fields caused by stray fields.
  • the spacer is preferably formed entirely or largely entirely from a plastic or a plastic composite material.
  • Polyamide in particular PA12 or polylauryl lactam, has proven to be advantageous because of its tensile strength.
  • the mechanical properties of the spacer can be further improved by the addition of glass fibers.
  • a glass fiber content of between 5% and 30% has proven to be advantageous, preferably between 10% and 25%, particularly preferably between 15% and 20%.
  • Thermoplastic elastomers have proven to be further advantageous plastics, including in particular thermoplastic copolyester elastomers (TPC or TPE-E).
  • the spacer is essentially made of plastic means that at least 80% of its mass is made of plastic or a plastic composite material, preferably at least 90%, particularly preferably at least 95%.
  • the spacer is advantageously made entirely of plastic or a plastic composite material.
  • the spacer may be formed from a metal sheet, in particular a soft magnetic sheet, for example an electrical sheet, advantageously with low core losses.
  • a hub motor with a rotor according to the present invention and a stator with the rotor being designed as an external rotor, with a rim cover being arranged on each of the two axial end faces of the return element, with at least one of the two rim covers being axially inward having extending paragraph, which along the circumferential direction at Return key element extends and contacted the spacer on its inside in a form-fitting manner, preferably contacted the connecting element.
  • the spacer is secured against radial slipping, in particular radial slipping inwards.
  • a vehicle in particular a single-track vehicle, with at least two wheels is also advantageous, with at least one of the wheels being assigned a hub motor according to the present invention.
  • a vehicle is characterized by a special reliability.
  • the vehicle can be an electric scooter or e-scooter, and electric scooters and four-wheeled electric microcars—especially kei cars—are also conceivable.
  • a method for producing a rotor according to the present invention is also advantageous, in which first a linearly extending, ladder-shaped spacer is provided, which has two connecting elements extending parallel to one another and between them has rung-shaped spacer elements extending perpendicularly to the connecting elements, then permanent magnets in be inserted into the spacer, and then the spacer with the permanent magnets is placed on the return element, the spacer being brought into an annular shape. Due to the fact that the permanent magnets are arranged in a linearly extending or straight spacer, a particularly fast magnet assembly can be made possible. Thus, the magnets do not have to be laboriously attached to the hollow-cylindrical return element, but can be arranged very quickly on the linear spacer and placed in the spacer in one process step.
  • Figure 2 is a schematic exploded view of a hub motor according to the present invention
  • Figure 3 is a perspective view of a rotor according to the present invention.
  • FIG. 4 shows a spacer before installation in the rotor according to the present invention
  • FIG. 10 shows a vehicle with a hub motor according to the present invention
  • Figure 11 shows a method of manufacturing a rotor according to the present invention.
  • FIG. 1 shows a detailed view of a hub rotor 12 from the prior art. A section along a radial plane perpendicular to an imaginary axis of rotation 16 of the hub motor 12 is shown.
  • the hub motor 12 has a rotor 10 and a stator 14 .
  • the rotor 10 is designed as an external rotor and the stator 14 as an internal stator.
  • the rotor 10 has a cylindrical return element 18 on which permanent magnets 20 are arranged. As can be seen clearly, the permanent magnets 20 are arranged equidistantly along a circumferential direction 22 .
  • the permanent magnets 20 are arranged on an inner side 24 of the rotor 10 or of the return element 18 facing towards the stator 14 .
  • the stator 14 has, for example, teeth 28 which extend in a radial direction 26 and are provided for receiving field windings, which are not shown for the sake of clarity.
  • the permanent magnets 20 are magnetized in the radial direction 26 , the direction of magnetization or polarity of permanent magnets 20 adjacent along the circumferential direction 22 always being opposite.
  • permanent magnets 20 that are adjacent to one another in the circumferential direction 22 are at a tangential distance from one another.
  • the permanent magnets 20 are glued to the return element 18 . In this way, a robust fixation of the permanent magnets 20 is not ensured over the entire service life.
  • FIG. 2 shows an exploded view of a hub motor 12 in accordance with the present invention, providing an overview of most of the components of the hub motor 12.
  • the rotor 10 has a rim 30 .
  • the rim 30 has a return element 18 which is essentially ring-shaped or hollow-cylindrical. By way of example, the return element 18 is pressed into the rim 30 .
  • the rim 30 is designed as a body of revolution about the imaginary axis of rotation 16, the rim 30 having a plurality of hollow-cylindrical or ring-shaped sections of different radii, the return element being on one of these sections, preferably a section arranged centrally in the rim 30 in the axial direction 40 18 is arranged.
  • the permanent magnets 20 are arranged on the return element 18 .
  • the hub motor 52 has permanent magnets 20 .
  • the stator 14 has a smaller diameter than the inner diameter of the rim 30 or the return element 18 with the permanent magnets 20 arranged and is arranged coaxially completely in the rotor 10 in the assembled state. In the assembled state, the stator 14 is fixed to the axis or arrangeable. For the sake of clarity, the stator 14 is shown without its excitation windings.
  • the rotor 10 has the rim 30 or forms it.
  • the stator 48 has teeth 28 or grooves.
  • the hub motor 12 also has two rim covers 32 which extend essentially in a radial plane.
  • the rim covers are largely disc-shaped.
  • the rim covers 32 advantageously have passages or openings for an axis of the stator 14 on the axis of rotation 16 .
  • the rim covers 32 can have wheel hubs.
  • the rim covers 32 are connected to the return element 18 or to the rim 30 in a rotationally fixed manner.
  • the rim covers 30 are parts of the rotor 10.
  • the rim covers 32 rotate with the rim 30 or with the return element 18 during operation.
  • a first rim cover 32a is arranged on a first axial end face 34a of the rotor 10 or the return element 18 .
  • a second rim cover 32b is arranged on a second axial end face 34b of the rotor 10 or the return element 18—which is arranged opposite the first axial end face 34a.
  • the two rim covers 32 are intended to close off the return element 18 or the rim 30 at the axial end faces 34 .
  • the rim caps 32 together with the rim 30 form a rim housing which largely encloses or encloses the stator.
  • FIG. 3 shows a detailed view of the rotor 10 with installed permanent magnets 20.
  • the rim covers 32 are not shown.
  • the permanent magnets 20 are arranged on an inner side 24 of the rotor 10 or of the return element 18 facing towards the stator 14 .
  • the permanent magnets 20 are magnetized in the radial direction 26 , the direction of magnetization or polarity of permanent magnets 20 adjacent along the circumferential direction 22 always being opposite.
  • permanent magnets 20 that are adjacent to one another in the circumferential direction 22 are at a tangential distance from one another.
  • a spacer 36 is arranged on the inside 24 of the rotor 10 or the return element 18 .
  • the spacer 36 has spacer elements 38 which are each arranged between two adjacent permanent magnets 20 .
  • the spacer elements 36 extend in the axial direction 40.
  • the axial direction 40 extends parallel to the axis of rotation 16.
  • the spacers 36 each make contact with the two permanent magnets 20 that are adjacent in the circumferential direction 22.
  • the spacer 36 has, for example, two connecting elements 42 .
  • the connecting elements 42 extend in the circumferential direction 22.
  • a first connecting element 42a is arranged on the first axial end face 34a of the return element 18.
  • a second connecting element 42b is arranged on the second axial end face 34b of the return element 18 .
  • the spacer elements 38 are each connected to the two connecting elements 42 .
  • a spacer element 38 extends in the axial direction 40 from the second connecting element 42b and is connected with its axial end to the first connecting element 42a.
  • the spacer elements 36 each extend from a first axial end face 46a of the permanent magnets 20 to a second axial end face 46b of the permanent magnets 20.
  • the first axial end face 46a of the permanent magnets 20 is in each case arranged on the first axial end face 34a of the return element 18 and the second axial end face 46b of the permanent magnets 20 in each case on the second axial end face 34b of the return element 18.
  • the first connecting element 42a runs along the first axial end faces 46a of the permanent magnets 20; the first connecting element 42a advantageously contacts the first axial end faces 46a of the permanent magnets 20 or bears against them.
  • FIG. 4 shows the spacer 36 in a straight or linearly extended state before installation in the rotor 10 or on the return element 18.
  • the spacer 36 is largely in the form of a ladder.
  • the spacer 36 thus has two connecting elements 42 which extend parallel to one another and whose length essentially corresponds to the inner circumference of the return element 18 .
  • the spacer 36 has spacer elements 38 extending essentially perpendicularly to the connecting elements 42 .
  • each of the spacer elements 38 is connected with its two ends with respect to its longitudinal extent to one of the two connecting elements 42 .
  • the spacer elements 38 are arranged equidistantly from one another with respect to the longitudinal extension direction of the connecting elements 42 .
  • the longitudinal extent of the spacer elements 38 largely corresponds to the extent of the return element 18 in the axial direction 40, preferably the extent of the return element 18 in the axial direction 40 minus a width of the connecting elements 42.
  • the longitudinal extent of the spacer elements 38 advantageously corresponds to a longitudinal extent of the permanent magnets 20 in the axial direction 40.
  • the tangential The distance between adjacent permanent magnets 20 or the distance between adjacent permanent magnets 20 in the circumferential direction 22 advantageously largely corresponds to a tangential extension of the permanent magnets 20 or an extension of the permanent magnets 20 in the circumferential direction 22.
  • two adjacent spacer elements 38 each form together with the two connecting elements 42 a largely rectangular recess 44 for a permanent magnet 20.
  • the permanent magnets are preferably largely rectangular in a radial plan view.
  • the spacer 36 before assembly into the rotor, the spacer 36 can be seen as a linearly extending band which has recesses 44 for permanent magnets 20 has.
  • the number of recesses 44 in the spacer 36 corresponds to the number of permanent magnets 20 of the rotor 10, in the exemplary embodiment there are 52 pieces.
  • the spacer 36 has two specially designed end spacer elements 48a, 48b at its two ends with respect to its direction of longitudinal extent, which have a smaller radial extent than the other spacer elements 38.
  • the spacer 36 is formed in one piece with the spacer elements 38 and the connecting elements 42 .
  • the spacer is made from a plastic composite material which has polyamide PA 12 or polylauryl lactam and a 15% proportion of glass fibers.
  • FIG. 5 shows the spacer 36 mounted on the return element 18 in a detailed view. Shown is an axial view of a section through the rotor 10 in a radial plane at an axial height in which the permanent magnets 20 are arranged. Therefore, only the spacer elements 38 of the spacer 36 are visible. As can be seen clearly, the return element 18 is pressed into the rim 30 . The permanent magnets 20 are arranged on the inside 24 of the return element 18 . The spacer elements 38 are arranged between the permanent magnets 20 . As can be clearly seen, the spacer elements 38 contact their respective two adjacent permanent magnets 20 on their sides in the circumferential direction 22.
  • the radial thickness 50 of the spacer elements 38 largely corresponds to a radial magnet thickness 52 of the permanent magnets 20.
  • the radial magnet thickness is 52 and the radial thickness 50 of the spacer elements 38 is 2.0 mm.
  • the functionality of the present invention does not depend on the radial thickness 50 of the spacer elements 38 or the radial magnet thickness 52; this can largely be chosen arbitrarily and depends above all on the technical requirements for the electric machine 12 or the hub motor 12.
  • a tangential extent 54 of the spacer element 34 in the circumferential direction 22 corresponds to 35% of a tangential magnet extent 56 of a permanent magnet 20 in the circumferential direction 22.
  • the tangential extent 54 of a spacer element 34 is 4.0 mm, for example.
  • the tangential extension of the magnet 56 is 15.7 mm, for example.
  • the invention does not depend on the choice of the tangential extension 54, which is chosen according to the desired tangential spacing of the permanent magnets 20 from one another.
  • the tangential spacing of the permanent magnets 20 depends on the technical requirements for the electric machine 12 and is selected in particular as a function of the motor topology, the desired material costs and a desired smooth running, with a compromise typically having to be made with regard to different optimization goals.
  • the tangential extension 54 of the spacer element 34 in the circumferential direction 22 is between 10% and 60% of the tangential magnet extension 56 of a permanent magnet 20 in the circumferential direction 22, preferably between 20% and 50%, particularly preferably between 30% and 40%. This ratio offers a good compromise between saving magnetic material and smooth running.
  • FIG. 5 shows a sectional view of a plane which is arranged perpendicularly to the circumferential direction 22 or which is spanned by the radial direction 26 and the axial direction 40 .
  • a section through a permanent magnet 20 and the connecting elements 42a, 42b resting on its two axial end faces 46a, 46b is shown.
  • the radial connection thickness 58 is 1.1 mm.
  • the radial connection tion thickness 58 between 30% and 80% of the radial thickness 50 of the spacer elements 38, preferably between 40% and 70%, particularly preferably between 50% and 60%. This enables a good compromise between a stable structure of the spacer 36 and good flexibility of the spacer 36, in particular during assembly into the rim 30.
  • the radial connection thickness 58 is between 30% and 80% of the radial magnet thickness 52 of the permanent magnets 20, preferably between 40% and 70%, particularly preferably between 50% and 60%. This enables in particular a good axial fixation of the permanent magnets 20.
  • Examples of advantageous absolute values of the radial connection thickness 58 are between 0.6 mm and 1.6 mm, preferably between 0.8 mm and 1.4 mm, particularly preferably between 1.0 mm and 1.2 mm.
  • the first rim cover 32a is arranged on the first axial end face 34a of the return element 18 .
  • the second rim cover 32b is arranged on the second axial end face 34b of the return element 18 .
  • the first rim cover 32a has a first shoulder 60a which extends counter to the axial direction 40 towards the spacer 36 .
  • the first shoulder 60a extends from the first axial end face 34a counter to the axial direction 40 along the inner side 24 of the return element 18.
  • the first shoulder 60a contacts the inner side 24 of the return element 18.
  • the first shoulder 60a On the first connecting element 42a, the first shoulder 60a has a groove in which the first connecting element 42a engages in the axial direction 40.
  • the first shoulder 60a has a nose which extends counter to the axial direction 40 and extends along a first inner side 62a of the first connecting element 42a counter to the axial direction 40 and thereby contacts the first connecting element 42a. In this way, displacement of the spacer 36 radially inwards is prevented.
  • the first shoulder 60a is, for example, largely ring-shaped and extends along the inside 24 of the return element 18 along the circumferential direction 22 and along the first inside 62a of the first connecting element 42a.
  • the second rim cover 32b also has a second shoulder 60b, which prevents the spacer 36 from being displaced radially inwards. As can be seen clearly, the second shoulder 60b extends in the axial direction 40 towards the spacer 36 .
  • the second shoulder 60b extends from the second axial end face 34b in the axial direction 40 along the inner side 24 of the return element 18.
  • the second shoulder 60b contacts the inner side 24 of the return element 18.
  • the second shoulder 60b has a groove in which the second connecting element 42b engages counter to the axial direction 40 .
  • the second shoulder 60b has a nose which extends in the axial direction 40 and which extends along a second inner side 62b of the second connecting element 42b in the axial direction 40 and in the process makes contact with the second connecting element 42b.
  • the second step 60b is, for example, largely ring-shaped like the first step 60a and extends along the inside 24 of the return element 18 along the circumferential direction 22 and along the second inside 62b of the second connecting element 42b.
  • FIG. 7 illustrates how the straight spacer 36 from FIG. 4 looks in the state equipped with permanent magnets 20 and mounted on the return element 18.
  • the rim caps 32 are not shown.
  • the spacer 36 fitted with permanent magnets 20 is bent into a ring shape, with the two ends of the spacer 36 being guided against one another with respect to its direction of longitudinal extension.
  • the two end spacer elements 48a, 48b are guided against one another.
  • the two end spacer elements 48a, 48b are arranged between the first permanent magnet 20a and the second permanent magnet 20b.
  • the first end spacer element 48a is arranged on the first permanent magnet 20a and the second end spacer element 48b on the second permanent magnet 20b.
  • a tangential distance or the separation point 64 is arranged between the first end spacer element 48a and the second end spacer element 48b.
  • FIG. 8 shows a variant of the embodiment shown in FIGS.
  • FIG. 8 shows an axial plan view of the rotor 10.
  • the spacer 36 is designed in two pieces and has a first section 36a and a second section 36b.
  • the first section 36a and the second section 36b are of largely identical design and are intended to support half of the permanent magnets 20 in each case.
  • the spacer 36 has a first separation point 64a and a second separation point 64b, which are arranged opposite one another with respect to the axis of rotation 16 pointing into the plane of the drawing.
  • the two sections 36a, 36b of the spacer 36 are fitted with permanent magnets 20 and mounted on the return element 18.
  • the rim caps 32 are not shown for the sake of clarity.
  • the sections 36a, 36b each fitted with permanent magnets 20 are bent into a semi-annular shape.
  • the two end spacer elements 48a, 48b of the first section 36a are each attached to the two end spacer elements 48a. 48b of the second section 36b brought up.
  • FIGS. 9A and 9B each show detailed views of the first separation point 64a and the second separation point 64b.
  • the first separation point 64a is arranged between the first end spacer element 48a of the first section 36a and the second end spacer element 48b of the second section 36b between a first permanent magnet 20a and a second permanent magnet 20b that is adjacent in the circumferential direction 22.
  • the second separation point 64b is arranged between the second end spacer element 48b of the first section 36a and the first end spacer element 48a of the second section 36b between a third permanent magnet 20c and a fourth permanent magnet 20d adjacent in the circumferential direction 22.
  • FIG. 10 shows a schematic representation of a vehicle 66 which is driven by the hub motor 12 .
  • the vehicle 66 is designed as an electric scooter with two wheels, a front wheel 68 being designed to be steerable and a rear wheel 70 being driven by the hub motor 12 .
  • the stator 14 is fixed to the axis and the rotor 10 has the rim 30 on which a tire 72 of the rear wheel 70 is mounted.
  • FIG. 11 illustrates a method 74 for producing the rotor 10.
  • a step S1 the linearly extending, ladder-shaped spacer 36 from FIG. 4 is provided.
  • the recesses are then equipped with permanent magnets 20 in a step S2.
  • the spacer 36 is bent into an annular shape with the permanent magnets 20 and is placed against the inside 24 of the return element 18 in the process.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (10) für eine elektrische Maschine (12), insbesondere für einen Nabenmotor, mit einem weitgehend hohlzylinderförmigen Rückschlusselement (18) und einer Mehrzahl von Permanentmagneten (20), welche in Umfangsrichtung (22) gleichmäßig an dem Rückschlusselement (18) angeordnet sind. Es wird vor- geschlagen, dass jeweils zwischen zwei in Umfangsrichtung (22) zueinander benachbarten Permanentmagneten (20) jeweils ein Abstandshalteelement (38) eines Abstandshalters (36) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Titel
Rotor, Nabenmotor und Verfahren zur Herstellung des Rotors
Die Erfindung betrifft einen Rotor nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Nabenmotor mit einem solchen Rotor sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotors.
Stand der Technik
Heutige Elektroroller bzw. E-Scooter werden überwiegend von Nabenmotoren angetrieben, bei welchen der Stator mittig und achsfest im Hinterrad sitzt und die Felge - mit entlang des Umfangs verteilten Permanentmagneten - als Rotor fungiert. Dabei werden häufig solche Rotoren verwendet, bei welchen die Magnete am Umfang ohne Abstand zueinander positioniert sind. Das ermöglicht eine einfache und robuste Fertigung. Das hat allerdings den Nachteil, dass viel teures Magnetmaterial verbaut werden muss. Daher gibt es inzwischen vermehrt Rotoren auf dem Markt, bei welchen die Magnete entlang des Umfangs auf Abstand zueinander montiert sind. Das hat jedoch den Nachteil, dass die Montage wesentlich erschwert wird, da die Magnete richtig positioniert und auf der Felge befestigt werden müssen. Zusätzlich wirken im Betrieb tangentiale Magnetkräfte und Feldkräfte des Stators, welche die Magnete über die Lebensdauer aus ihrer vorgesehenen Position auf der Felge lösen können.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile Die vorliegende Erfindung beschreibt einen Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Nabenmotor, mit einem weitgehend hohlzylinderförmigen Rückschlusselement und einer Mehrzahl von Permanentmagneten, welche in Umfangsrichtung gleichmäßig an dem Rückschlusselement angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist jeweils zwischen zwei in Umfangsrichtung zueinander benachbarten Permanentmagneten jeweils ein Abstandshalteelement eines Abstandshalters angeordnet. Auf diese Weise werden die Nachteile des Standes der Technik überwunden. Zum einen ermöglicht der Abstandshalter eine schnelle und präzise Positionierung der Permanentmagnete. Zum anderen werden die Permanentmagnete im Betrieb gegen tangentiale Bewegungen abgestützt, so dass sie über die Lebensdauer der elektrischen Maschine robust fixiert werden können.
Dabei soll unter einer elektrischen Maschine insbesondere ein Elektromotor verstanden werden, bevorzugt einen rotativer Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor. Ein Stator ist üblicherweise dazu eingerichtet, Erregerspulen aufzunehmen. Die Erregerspulen können im Betrieb der elektrischen Maschine ein zeitlich veränderliches Magnetfeld, insbesondere Drehfeld erzeugen, welches dazu vorgesehen ist, den Rotor in Rotation zu versetzten. Der Rotor bzw. der Läufer des Elektromotors ist gemäß der vorliegenden Erfindung mit Permanentmagneten bestückt, welche an das durch die Erregerspulen des Stators erzeugte Feld koppeln.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Rotor als Innenläufer in einem Außenstator ausgebildet sein oder der Rotor kann als Außenläufer um einem Innenstator ausgebildet sein. In einem Nabenmotor ist der Rotor bevorzugt ein Außenläufer und weist eine Felge auf.
Die vorliegende Erfindung funktioniert für beliebige Motortopologien. Als besonders vorteilhaft, insbesondere für die Verwendung in einem Nabenmotor, haben sich Topologien mit 46 Rotorpolen bzw. Permanentmagneten und 51 Statornuten bzw.
Statorzähnen erwiesen, oder mit 48 Rotorpolen und 54 Statornuten, oder mit 52 Rotorpolen und 48 Statornuten, oder mit 60 Rotorpolen und 54 Statornuten. Die Permanentmagnete sind dabei bevorzugt entlang einer Radialrichtung magnetisiert, es ist aber auch denkbar, dass die Permanentmagnete entlang einer Umfangsrichtung magnetisiert sind. Bei in Radialrichtung magnetisierten Permanentmagneten sind dabei bevorzugt die Permanentmagnete entlang der Umfangsrichtung jeweils abwechselnd in die Radialrichtung nach außen magnetisiert und gegen die Radialrichtung nach innen magnetisiert
Dabei soll in diesem Zusammenhang unter einer Axialrichtung eine solche Richtung verstanden werden, welche sich parallel zu einer gedachten Rotationsachse des Rotors erstreckt. Unter einer Umfangsrichtung oder Tangentialrichtung soll eine Richtung verstanden werden, welche sich entlang eines Umfangs des Rotors, insbesondere des Rückschlusselements erstreckt. Insbesondere ist die Umfangsrichtung senkrecht zur Axialrichtung angeordnet. Unter einer Radialrichtung soll eine Richtung verstanden werden, welche senkrecht zur Umfangsrichtung und Axialrichtung angeordnet ist und sich von der gedachten Rotationsachse des Rotors radial nach außen erstreckt.
Unter einem Rückschlusselement soll bevorzugt eine ein ferromagnetisches Material aufweisende Struktur verstanden werden, welche eine hohe magnetische Permeabilität aufweist. Vorteilhaft ist das Rückschlusselement weitgehend ringförmig ausgebildet und wird manchmal auch als Rückschlussring bezeichnet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Rückschlusselement bevorzugt weitgehend hohlzylinderförmig ausgebildet. Die Permanentmagnete sind bevorzugt als rechteckige Plättchen ausgebildet, welche eine deutlich geringere Dicke aufweisen als die das Rechteck aufspannende Breite und Länge, wobei die Länge größer ist als die Breite. Bevorzugt werden die Permanentmagnete mit ihrer Haupterstreckungsrichtung oder Länge in Axialrichtung angeordnet, mit der Breite in Umfangsrichtung und mit der Dicke in Radialrichtung. Durch ihre Magnetisierung haften die Permanentmagnete am Rückschlusselement. Vorteilhaft können die Permanentmagnete mit einem Klebstoff am Rückschlusselement angeklebt sein. Das verbessert die Haftung und ermöglicht die Bereitstellung eines besonders zuverlässigen und haltbaren Rotors.
Darunter, dass eine Struktur weitgehend hohlzylinderförmig ausgebildet ist, soll insbesondere verstanden werden, dass ein gedachter Hohlzylinder existiert, von welchem diese Struktur mit weniger als 80% ihres Volumens abweicht, bevorzugt um weniger als 90%, besonders bevorzugt um weniger als 95%.
Allgemein soll darunter, dass eine Struktur weitgehend gemäß einer bestimmten geometrischen Figur ausgebildet ist verstanden werden, dass eine solche gedachte geometrische Figur existiert, von welcher diese Struktur mit weniger als 80% ihres Volumens abweicht, bevorzugt um weniger als 90%, besonders bevorzugt um weniger als 95%.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen des Rotors möglich.
Der Rotor wird weiter verbessert, wenn der Abstandshalter sprossenförmige Abstandshalteelemente aufweist, welche sich im Wesentlichen in Axialrichtung erstrecken. Auf diese Weise können in Axialrichtung erstreckende Permanentmagneten - beispielsweise rechteckig ausgebildete Permanentmagneten - mit einer in Axialrichtung erstreckenden Seite an die Abstandshaltelemente kontaktieren, was eine besonders zuverlässige tangentiale Absicherung ermöglicht.
Dabei soll unter im Wesentlichen in einer Richtung ausgerichtet insbesondere eine solche Ausrichtung verstanden werden, welche um weniger als 10°, bevorzugt um weniger als 5°, besonders bevorzugt weniger als 2° von der genannten Richtung abweicht.
Es ist weiter von Vorteil, wenn die Abstandshaltelemente jeweils von einer ersten axialen Stirnseite der benachbarten Permanentmagneten zu einer axial gegenüberliegenden zweiten axialen Stirnseite der benachbarten Permanentmagneten erstrecken. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn sich ein Abstandshalteelement weitgehend entlang einer gesamten Magnetlänge in Axialrichtung erstreckt. Damit wird ein vollumfänglicher tangentialer Kontakt möglich, was die tangentiale Stabilisierung der Permanentmagneten weiter verbessert.
Die Stabilisierungswirkung der Abstandshaltelemente wird weiter verbessert, wenn die Abstandshaltelemente jeweils eine radiale Dicke aufweisen, welche zwischen 10% und 120% einer radialen Magnetdicke eines Permanentmagneten entspricht, bevorzugt zwischen 80% und 110%, besonders bevorzugt zwischen 90% und 100%. Dabei soll unter einer radialen Magnetdicke insbesondere eine Länge der Erstreckung des Permanentmagneten in die Radialrichtung verstanden werden, wobei der Permanentmagnet in einem finalen Zustand im Rotor montiert ist.
Bevorzugt ist dabei die radiale Dicke der Abstandshalteelemente entlang der Axialrichtung konstant oder weitgehend konstant. Unter weitgehend konstant soll dabei verstanden werden, dass die Dicke um weniger als 10% von einem Sollwert abweicht, bevorzugt weniger als 5%, besonders bevorzugt weniger als 2%.
Es ist auch denkbar, dass die radiale Dicke des Abstandshalteelements entlang der Axialrichtung unterschiedlich ausgebildet ist. Insbesondere ist es denkbar, dass das Abstandshalteelement Bereiche unterschiedlicher radialer Dicke aufweist. Vorteilhaft ist es denkbar, dass ein Abstandshalteelement einen ersten und zweiten Bereich aufweisen, welche eine größere radiale Dicke zwischen 70% und 120% aufweisen, bevorzugt zwischen 80% und 110%, besonders bevorzugt zwischen 90% und 100% der radialen Magnetdicke, wobei der erste und zweite Bereich jeweils an einem der beiden axialen Stirnseiten der Permanentmagnete angeordnet ist. Bevorzugt weist das Abstandshalteelement einen zentralen dritten Bereich auf, welches eine kleinere radiale Dicke zwischen 20% und 70%, bevorzugt zwischen 30% und 60%, besonders bevorzugt zwischen 40% und 50% der radialen Magnetdicke aufweist. Vorteilhaft ist der dritte Bereich axial zentral zwischen den beiden axialen Stirnseiten der Permanentmagnete angeordnet. Das hat den Vorteil, dass eine sehr gute tangentiale Stabilisierung der Permanentmagneten bei minimalen Materialeinsatz möglich ist.
Der Rotor wird weiter verbessert, wenn der Abstandhalter wenigstens ein Verbindungselement aufweist, welches sich in Umfangsrichtung erstreckt, an einer axialen Stirnseite des Rotors bzw. des Rückschlusselements angeordnet ist und mit den Abstandshalteelementen verbunden ist. Das ermöglicht eine besonders einfache Montage, da auf diese Weise ein fester Abstand der Abstandshalteelemente in Umfangsrichtung zueinander vorgegeben ist. Zusätzlich werden die Permanentmagnete auch gegen ein Verrutschen in Richtung der einen axialen Stirnseite stabilisiert. In besonders bevorzugten Varianten weist der Abstandhalter zwei Verbindungselemente auf, welche jeweils an zwei gegenüberliegenden axialen Stirnseiten des Rotors bzw. des Rückschlusselements angeordnet sind. Insbesondere ist jedes der Abstandshaltelemente mit beiden Verbindungselementen verbunden. Damit werden die Permanentmagnete gegen ein Verschieben in beide axiale Richtungen abgesichert, zusätzlich werden die Abstandshaltelemente an zwei Punkten auf Abstand gehalten, was eine besonders sichere Positionierung ermöglicht.
Insbesondere erstrecken sich die beiden Verbindungselemente beide entlang der Umfangsrichtung und sind parallel zueinander angeordnet. Vorteilhaft erstrecken sich die Abstandshaltelemente jeweils in Axialrichtung und sind mit ihren beiden axialen Endpunkten jeweils mit einem der Verbindungselemente verbunden. Die Verbindungselemente sind bevorzugt äquidistant entlang des Umfangs angeordnet. Damit hat der im Rotor montierte Abstandshalter bevorzugt die Form einer Leiter, wobei die Abstandshaltelemente die äquidistanten Sprossen der Leiter darstellen, und wobei die Leiter eine rund bzw. ringförmige Form aufweist. Die Permanentmagnete sind zwischen den Sprossen der Leiter bzw. den Abstandshaltelementen angeordnet.
Der Rotor wird weiter verbessert, wenn das Verbindungselement wenigstens eine Trennstelle aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen zwei benachbarten Permanentmagneten angeordnet ist. Unter einer Trennstelle soll dabei ein Abstand in Umfangsrichtung verstanden werden. Anders formuliert verläuft das Verbindungselement nicht durchgehend entlang des vollständigen Umfangs des Rückschlusselements und ist daher nicht ringförmig ausgebildet, sondern weist eine oder mehrere Unterbrechungen auf. Im Fall von genau einer Trennstelle ist das Verbindungselement etwas kürzer als der Umfang und hat einen Anfangspunkt und Endpunkt, welche im Rotor montiert einen Abstand bzw. die Trennstelle zueinander aufweisen. Weist das Verbindungselement mehr als eine Trennstelle auf, so sind die Trennstellen jeweils zwischen unterschiedlichen Paaren von benachbarten Permanentmagneten angeordnet.
Bei wenigstens zwei Trennstellen ist das Verbindungselement mehrstückig ausgebildet, wobei jedes der wenigstens zwei Teilstücke des Verbindungselements jeweils einen Anfangspunkt und Endpunkt aufweist, wobei im im Motor montierten Zustand je- weils ein Endpunkt und ein Anfangspunkt von zueinander im Umfangsrichtung benachbarten Teilstücken des Verbindungselements aneinander angeordnet sind und zueinander eine Trennstelle aufweisen. Das hat den Vorteil, dass ein verformbar ausgebildetes Verbindungselement bzw. Teilstück eines Verbindungselements, bevorzugt elastisch verformbar ausgebildetes Verbindungselement aus dem Rotor entnehmbar und in eine linearen, gerade Form bringbar ist. Umgekehrt ist es möglich, das Verbindungselement oder die Teilstücke des Verbindungselements in einer linearen, geraden Form herzustellen und durch Biegen in eine weitgehend ringförmige Form oder in eine Form eines Ringsegments in dem Rotor anzuordnen. Insbesondere ist es möglich, einen linearen, geraden Abstandshalter bzw. lineare, grade Teilstücke eines Abstandshalters bereitzustellen, welcher zur Montage im Rotor in die ringförmige Form gebogen wird bzw. welche zur Montage im Rotor jeweils in die ringsegmentförmige Form gebogen werden. Es ist von Vorteil, wenn das wenigstens eine Verbindungselement bzw. Teilstück des wenigstens einen Verbindungselements verformbar ausgebildet ist, bevorzugt elastisch verformbar. In besonders vorteilhaften Varianten weist der Abstandhalter zwei Verbindungselemente auf, welche an zwei gegenüberliegenden axialen Stirnseiten des Rotors bzw. des Rückschlusselements angeordnet sind und beide Verbindungselemente jeweils genau eine Trennstelle aufweisen, welche zwischen zwei benachbarten Permanentmagneten angeordnet ist.
In weiteren vorteilhaften Varianten weist der Abstandshalter wenigstens zwei Teilstücke auf, wobei jedem der Teilstücke des Abstandshalters jeweils zwei Teilstücke von Verbindungselementen zugeordnet sind, wobei die zwei zueinander zugeordneten Teilstücke von Verbindungselementen an zwei gegenüberliegenden axialen Stirnseiten des Rotors bzw. des Rückschlusselements angeordnet sind und in Axialrichtung gegenüberliegend angeordnet sind.
In vorteilhaften Ausführungen sind an der wenigstens einen Trennstelle in Umfangsrichtung zwischen den zwei benachbarten Permanentmagneten jeweils zwei Endabstandshaltelemente angeordnet, welche zueinander jeweils eine Trennstelle aufweisen. Dabei haben bevorzugt die Endabstandshaltelemente zusammen mit der Trennstelle in Umfangsrichtung die gleiche oder eine geringere tangentiale Erstreckung als die anderen Abstandshalteelemente. Das hat den Vorteil, dass auch eine gute Abstützung der beiden Permanentmagnete an der Trennstelle möglich ist. In Varianten mit wenigstens zwei Teilstücken des Verbindungselements sind insbesondere jedem Teilstück des Verbindungselements jeweils zwei Endabstandshalteelemente zugeordnet.
In solchen vorteilhaften Ausführungen ist es insbesondere denkbar, dass eines der Endabstandshalteelemente jeweils an einem Anfangspunkt des Verbindungselements angeordnet ist und das andere Endabstandshalteelement am Endpunkt des Verbindungselements angeordnet ist. Besonders vorteilhaften Ausführungsformen weist der Abstandhalter zwei Verbindungselemente auf, welche an zwei gegenüberliegenden axialen Stirnseiten des Rotors bzw. des Rückschlusselements angeordnet sind und wobei ein erstes Endabstandshalteelement jeweils an den beiden Anfangspunkten der beiden Verbindungselemente angeordnet ist und ein zweites Endabstandshalteelement jeweils an den beiden Endpunkten der beiden Verbindungselemente angeordnet ist.
In alternativen Varianten ist es denkbar, dass zwischen den benachbarten Permanentmagneten an der Trennstelle genau ein Endabstandshalteelement angeordnet ist, welches weitgehend wie die übrigen Abstandshaltelemente ausgebildet ist. In solchen Varianten ist das Endabstandshalteelement entweder an einem Anfangspunkt des Verbindungselements angeordnet oder an einem Endpunkt des Verbindungselements angeordnet.
Es ist von Vorteil, wenn das wenigstens eine Verbindungselement eine radiale Verbindungsdicke aufweist, welche zwischen 10% und 120% einer radialen Magnetdicke eines Permanentmagneten liegt, bevorzugt zwischen 25% und 80%, besonders bevorzugt zwischen 35% und 55%. Auf diese Weise lässt sich eine gute Verformbarkeit des Verbindungselements ermöglichen, so dass ein sich vor der Montage linear erstreckender Abstandshalter besonders sicher und zuverlässig in einer ringförmigen Form gebracht werden kann, was eine sichere und zuverlässige Montage ermöglicht. Zusätzlich kann auf diese Weise an der axialen Stirnseite Baumraum eingespart werden, so insbesondere Wickelköpfe des Stators und/oder Sensoren, beispielsweise Rotorlagesensoren, Platz finden. Wenn der Abstandshalter einstückig ausgebildet ist, insbesondere einstückig mit den Abstandshalteelementen, hat das den Vorteil einer hohen mechanischen Stabilität. Zusätzlich lässt sich eine solcher Abstandshalter besonders einfach fertigen. Vorteilhaft ist der Abstandshalter einstückig mit den Verbindungselementen ausgebildet, insbesondere die Verbindungselemente einstückig mit den Abstandshalteelementen.
Unter einstückig soll in diesem Zusammenhang insbesondere stoffschlüssig verbunden, wie beispielsweise durch einen Schweißprozess und/oder einen Klebeprozess usw. und besonders vorteilhaft angeformt verstanden werden, wie durch die Herstellung aus einem Guss und/oder durch die Herstellung in einem Ein- oder Mehrkomponentenspritzverfahren.
Beispielsweise ist es denkbar, dass der Abstandshalter durch Kunststoffspritzen hergestellt wird. Dabei ist es möglich, dass der Abstandshalter in einem Stück, insbesondere als ein flaches bzw. sich linear erstreckendes Bauteil in einer Form gespritzt wird. Es ist aber auch möglich, dass der Abstandshalter Segment für Segment durch kontinuierliches Kunststoffspritzen hergestellt wird, wobei vorteilhaft in jedem Schritt ein Segment angespitzt wird, beispielsweise jeweils ein Stück des Verbindungselements oder der beiden Verbindungselemente mit einem oder mehreren Abstandshaltern.
Vorteilhaft weist der Abstandshalter zwischen den Abstandshaltelementen ausgebildete Ausnehmungen für die Permanentmagnete auf, in welche die Permanentmagnete jeweils eingefasst sind. Solche Ausnehmungen können insbesondere durch jeweils zwei Verbindungselemente und jeweils zwei zueinander benachbarte Abstandshalteelemente gebildet werden. Insbesondere können jeweils zwei Verbindungselemente und jeweils zwei zueinander benachbarte Abstandshalteelemente die Begrenzung bzw. den Rand einer Ausnehmung ausbilden. Bevorzugt sind die Ausnehmungen jeweils weitgehend identisch zueinander ausgebildet und entlang des Abstandhalters äquidistant angeordnet. Bevorzugt entspricht die Geometrie oder Form der Ausnehmungen der Kontur der Permanentmagnete. Ein solcher Abstandshalter kann besonders einfach hergestellt werden, beispielsweise durch das Bereitstellen eines flachen Bandes oder Gürtels, aus welchem die Ausnehmungen ausgestanzt werden. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn der Abstandshalter im Wesentlichen aus Kunststoff ausgebildet ist. Dabei sind Kunststoffe mit einer hohen Temperaturfestigkeit und Elastizität bevorzugt. Diese haben eine hohe Haltbarkeit und lassen sich sicher verbauen, insbesondere beim Biegen des linearen Abstandhalters in die ringförmige Form. Zudem hat der Kunststoff keinen negativen Einfluss auf die Magnetfelder durch Streufelder. Bevorzugt ist der Abstandshalter vollständig oder weitgehend vollständig aus einem Kunststoff oder einem Kunststoffverbundmaterial ausgebildet.
Als vorteilhaft hat sich aufgrund seiner Zugfestigkeit Polyamid herausgestellt, insbesondere PA12 oder Polylauryllactam. Der Abstandshalter kann durch die Beigabe von Glasfasern hinsichtlich seiner mechanischen Eigenschaften weiter verbessert werden, als vorteilhaft hat sich ein Glasfaseranteil zwischen 5% und 30% herausgestellt, bevorzugt zwischen 10% und 25%, besonders bevorzugt zwischen 15% und 20%. Als weitere vorteilhaften Kunststoffe haben sich die thermoplastischen Elastomere herausgestellt, darunter insbesondere thermoplastische Copolyesterelastomere (TPC bzw. TPE- E).
Darunter, dass der Abstandshalter im Wesentlichen aus Kunststoff ausgebildet ist, soll insbesondere verstanden werden, dass der Abstandshalter zu wenigstens 80% seiner Masse aus Kunststoff oder einem Kunststoffverbundmaterial ausgebildet ist, bevorzugt wenigstens 90%, besonders bevorzugt wenigstens 95%. Vorteilhaft ist der Abstandshalter vollständig aus Kunststoff oder einem Kunststoffverbundmaterial ausgebildet.
Alternativ ist es denkbar, wenn der Abstandshalter aus einem Metallblech ausgebildet ist, insbesondere einem weichmagnetischen Blech, beispielsweise aus einem Elektroblech, vorteilhaft mit geringen Ummagnetisierungsverlusten.
Weiter von Vorteil ist auch ein Nabenmotor mit einen Rotor gemäß der vorliegenden Erfindung und Stator, wobei der Rotor als Außenläufer ausgebildet ist, wobei an den beiden axialen Stirnseiten des Rückschlusselements jeweils ein Felgendeckel angeordnet ist, wobei wenigstens einer der beiden Felgendeckel einen sich axial nach inneren erstreckenden Absatz aufweist, welcher sich entlang der Umfangsrichtung am Rückschlüsselelement erstreckt und den Abstandshalter an seiner Innenseite formschlüssig kontaktiert, bevorzugt das Verbindungselement kontaktiert. Auf diese Weise wird der Abstandshalter gegen ein radiales Verrutschen, insbesondere ein radiales Verrutschen nach innen abgesichert Das ermöglicht die Bereitstellung eines besonders sicheren Nabenmotors, insbesondere werden so die Permanentmagnete gegen ein Abstürzen auf den Stator abgesichert.
Von Vorteil ist auch ein Fahrzeug, insbesondere Einspurfahrzeug, mit mindestens zwei Rädern, wobei wenigstens einem der Räder ein Nabenmotor gemäß er vorliegenden Erfindung zugeordnet ist. Ein solches Fahrzeug zeichnet sich durch eine besondere Zuverlässigkeit aus. Insbesondere kann das Fahrzeug ein Elektroroller oder E-Scooter sein, zudem sind elektrische Tretroller und vierrädrige elektrische Kleinstwagen - insbesondere Kei-Cars - denkbar.
Von Vorteil ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei zunächst ein sich linear erstreckender, leiterförmiger Abstandshalter bereitgestellt wird, welcher zwei sich parallel zueinander erstreckende Verbindungselemente aufweist und dazwischen sich senkrecht zu den Verbindungselementen erstreckende sprossenförmige Abstandshalteelemente aufweist, anschließend Permanentmagneten in den Abstandshalter eingelegt werden, und anschließend der Abstandshalter mit den Permanentmagneten an das Rückschlusselement gelegt wird, wobei der Abstandshalter in eine ringförmige Form gebracht wird. Dadurch, dass die Permanentmagnete in einem lineare erstreckenden bzw. graden Abstandshalter angeordnet werden, kann eine besonders schnelle Magnet Montage ermöglicht werden. So müssen die Magnete nicht aufwändig auf das hohlzylinderförmige Rückschlusselement angebracht werden sondern können sehr schnell auf dem linearen Abstandshalter angeordnet werden und mit einem Verfahrensschritt im Abstandshalter platziert werden.
Zeichnungen
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Rotors, des Nabenmotors, des Fahrzeugs und des Verfahrens zur Herstellung des Rotors abgebildet und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Nabenmotor aus dem Stand der Technik,
Figur 2 eine schematische Explosionszeichnung eines Nabenmotors gemäß der vorliegenden Erfindung,
Figur 3 eine perspektivische Ansicht eines Rotors gemäß der vorliegenden Erfindung,
Figur 4 einen Abstandshalter vor dem Einbau in den Rotor gemäß der vorliegenden Erfindung,
Figuren 5 bis 7 Schnitt- und Detailansichten des Rotors nach Figur 3,
Figuren 8 und 9 verschiedene Ansichten einer Variante des Rotors,
Figur 10 ein Fahrzeug mit einem Nabenmotor gemäß der vorliegenden Erfindung und
Figur 11 ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors gemäß der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung
In den verschiedenen Ausführungsvarianten erhalten gleiche Teile die gleichen Bezugszahlen.
Figur 1 zeigt eine Detailansicht auf einen Nabenrotor 12 aus dem Stand der Technik. Gezeigt ist ein Schnitt entlang einer Radialebene senkrecht zu einer gedachten Rotationsachse 16 des Nabenmotors 12. Der Nabenmotor 12 weist einen Rotor 10 und einen Stator 14 auf. Der Rotor 10 ist als ein Außenläufer ausgebildet und der Stator 14 als Innenstator. Der Rotor 10 weist ein zylinderförmiges Rückschlusselement 18 auf, an welchem Permanentmagnete 20 angeordnet sind. Wie deutlich zu erkennen sind, sind die Permanentmagnete 20 entlang einer Umfangsrichtung 22 äquidistant angeordnet. Die Permanentmagnete 20 sind an einer dem Stator 14 zugewandten Innenseite 24 des Rotors 10 bzw. des Rückschlusselements 18 angeordnet. Der Stator 14 weist beispielhaft sich in einer Radialrichtung 26 erstreckende Zähne 28 auf, welche für die Aufnahme von Erregerwicklungen vorgesehen ist, welche der Übersicht halber nicht abgebildet sind. Beispielhaft sind die Permanentmagnete 20 in Radialrichtung 26 magnetisiert, wobei die Magnetisierungsrichtung bzw. Polung von entlang der Umfangsrichtung 22 benachbarten Permanentmagneten 20 stets entgegengesetzt ist.
Wie deutlich zu erkennen ist, weisen jeweils in Umfangsrichtung 22 zueinander benachbarten Permanentmagneten 20 einen tangentialen Abstand zueinander auf. Die Permanentmagnete 20 sind mit dem Rückschlusselement 18 verklebt. Eine robuste Fixierung der Permanentmagnete 20 ist auf diese Weise nicht über eine komplette Lebensdauer sichergestellt.
Figur 2 zeigt eine Explosionszeichnung eines Nabenmotors 12 gemäß der vorliegenden Erfindung, welche einen Überblick über die meisten Komponenten des Nabenmotors 12 schafft. Beispielhaft sind die Komponenten entlang einer gedachten Rotationsachse 16 des Nabenmotors 12 angeordnet. Der Rotor 10 weist eine Felge 30 auf. Die Felge 30 weist ein Rückschlusselement 18 auf, welches im Wesentlichen ringförmig bzw. hohlzylinderförmig ausgebildet ist. Beispielhaft ist das Rückschlusselement 18 in die Felge 30 eigepresst. Beispielhaft ist die Felge 30 als ein Rotationskörper um die gedachte Rotationsachse 16 ausgebildet, wobei die Felge 30 mehrere hohlzylinderförmige bzw. ringförmige Abschnitte unterschiedlicher Radien aufweist, wobei an einem dieser Abschnitte, bevorzugt ein in Axialrichtung 40 zentral in der Felge 30 angeordneter Abschnitt, das Rückschlusselement 18 angeordnet ist.
Am Rückschlusselement 18 sind die Permanentmagnete 20 angeordnet. Beispielhaft weist der Nabenmotor 52 Permanentmagnete 20 auf.
Der Stator 14 hat einen kleineren Durchmesser als der Innendurchmesser der Felge 30 bzw. des Rückschlusselements 18 mit angeordneten Permanentmagneten 20 und wird im montierten Zustand koaxial vollständig im Rotor 10 angeordnet. Im montierten Zustand ist der Stator 14 achsenfest angeordnet bzw. anordenbar. Der Übersicht halber ist der Stator 14 ohne seine Erregerwicklungen abgebildet. Der Rotor 10 weist die Felge 30 auf bzw. bildet diese. Beispielhaft weist der Stator 48 Zähne 28 bzw. Nuten auf.
Der Nabenmotor 12 weist weiterhin zwei Felgendeckel 32 auf, welche sich im Wesentlichen in einer Radialebene erstrecken. Beispielhaft sind die Felgendeckel weitgehend scheibenförmig ausgebildet. Vorteilhaft weisen die Felgendeckel 32 an der Rotationsachse 16 Durchführungen bzw. Öffnungen für eine Achse des Stators 14 auf. Insbesondere können die Felgendeckel 32 Radnaben aufweisen. Im montierten Zustand sind die Felgendeckel 32 drehfest mit dem Rückschlusselement 18 bzw. mit der Felge 30 verbunden. Insbesondere sind die Felgendeckel 30 Teile des Rotors 10. Im montierten Zustand drehen sich die Felgendeckel 32 im Betrieb mit der Felge 30 bzw. mit dem Rückschlusselement 18 mit.
Ein erster Felgendeckel 32a ist an einer ersten axialen Stirnseite 34a des Rotors 10 bzw. des Rückschlusselements 18 angeordnet. Ein zweiter Felgendeckel 32b ist an einer zweiten axialen Stirnseite 34b des Rotors 10 bzw. des Rückschlusselements 18 - welche der ersten axialen Stirnseite 34a gegenüberliegend angeordnet ist - angeordnet. Die beiden Felgendeckel 32 sind dafür vorgesehen, das Rückschlusselement 18 bzw. die Felge 30 an den axialen Stirnseiten 34 abzuschließen. Insbesondere bilden die Felgendeckel 32 zusammen mit der Felge 30 ein Felgengehäuse aus, welches weitgehend den Stator umschließt bzw. einschließt.
Figur 3 zeigt eine Detailansicht des Rotors 10 mit montierten Permanentmagneten 20. Der Übersicht halber sind die Felgendeckel 32 nicht abgebildet. Die Permanentmagnete 20 sind an einer dem Stator 14 zugewandten Innenseite 24 des Rotors 10 bzw. des Rückschlusselements 18 angeordnet. Beispielhaft sind die Permanentmagnete 20 in Radialrichtung 26 magnetisiert, wobei die Magnetisierungsrichtung bzw. Polung von entlang der Umfangsrichtung 22 benachbarten Permanentmagneten 20 stets entgegengesetzt ist. Wie deutlich zu erkennen ist, weisen jeweils in Umfangsrichtung 22 zueinander benachbarten Permanentmagneten 20 einen tangentialen Abstand zueinander auf. An der Innenseite 24 des Rotors 10 bzw. des Rückschlusselements 18 ist ein Abstandshalter 36 angeordnet Der Abstandshalter 36 weist Abstandshalteelemente 38 auf, welche jeweils zwischen zwei benachbarten Permanentmagneten 20 angeordnet sind. Die Abstandshalteelemente 36 erstrecken sich in Axialrichtung 40. Die Axialrichtung 40 erstreckt sich parallel zur Rotationsachse 16. Insbesondere kontaktieren die Abstandshalter 36 jeweils die zwei in Umfangsrichtung 22 benachbart liegenden Permanentmagnete 20.
Weiterhin weist der Abstandshalter 36 beispielhaft zwei Verbindungselemente 42 auf. Die Verbindungselemente 42 erstrecken sich in Umfangsrichtung 22. Ein erstes Verbindungselement 42a ist an der ersten axialen Stirnseite 34a des Rückschlusselements 18 angeordnet. Ein zweites Verbindungselement 42b ist an der zweiten axialen Stirnseite 34b des Rückschlusselements 18 angeordnet.
Wie deutlich zu erkennen sind, sind die Abstandshalteelemente 38 jeweils mit den beiden Verbindungselementen 42 verbunden. Beispielhaft erstreckt sich ein Abstandshalteelement 38 in Axialrichtung 40 aus dem zweiten Verbindungselement 42b und ist mit seinem axialen Ende mit dem ersten Verbindungselement 42a verbunden. Insbesondere erstrecken sich im Ausführungsbeispiel die Abstandshaltelemente 36 jeweils von einer ersten axialen Stirnseite 46a der Permanentmagnete 20 zu einer zweiten axialen Stirnseite 46b der Permanentmagnete 20. Dabei ist die erste axiale Stirnseite 46a der Permanentmagnete 20 jeweils an der ersten axialen Stirnseite 34a des Rückschlusselements 18 angeordnet und die zweite axiale Stirnseite 46b der Permanentmagnete 20 jeweils an der zweiten axialen Stirnseite 34b des Rückschlusselements 18.
Insbesondere verläuft das erste Verbindungselement 42a entlang den ersten axialen Stirnseiten 46a der Permanentmagnete 20, vorteilhaft kontaktiert das erste Verbindungselement 42a die ersten axialen Stirnseiten 46a der Permanentmagnete 20 bzw. liegt an diesen an. Insbesondere verläuft das zweite Verbindungs- element 42b entlang den zweiten axialen Stirnseiten 46b der Permanentmagnete 20, vorteilhaft kontaktiert das zweite Verbindungselement 42b die ersten axialen Stirnseiten 46b der Permanentmagnete 20 bzw. liegt an diesen an.
Figur 4 zeigt den Abstandshalter 36 in einem geraden bzw. linear erstreckten Zustand vor dem Einbau in den Rotor 10 bzw. an das Rückschlusselement 18. Wie deutlich zu erkennen ist, ist der Abstandshalter 36 weitgehend leiterförmig ausgebildet. So weist der Abstandshalter 36 zwei sich parallel zueinander erstreckende Verbindungselemente 42 auf, deren Länge im Wesentlichen dem inneren Umfang des Rückschlusselements 18 entspricht. Der Abstandshalter 36 weist im Wesentlichen sich senkrecht zu den Verbindungselementen 42 erstreckende Abstandshalteelemente 38 auf. Dabei ist jedes der Abstandshalteelemente 38 mit seinen beiden Enden bezüglich seiner Längserstreckung jeweils mit einem der beiden Verbindungselemente 42 verbunden. Dabei sind die Abstandshalteelemente 38 bezüglich der Längserstreckungsrichtung der Verbindungselemente 42 äquidistant zueinander angeordnet.
Die Längserstreckung der Abstandshalteelemente 38 entspricht weitgehend der Erstreckung des Rückschlusselements 18 in Axialrichtung 40, bevorzugt der Erstreckung des Rückschlusselements 18 in Axialrichtung 40 abzüglich einer Breite der Verbindungselemente 42. Vorteilhaft entspricht die Längserstreckung der Abstandshalteelemente 38 einer Längserstreckung der Permanentmagnete 20 in Axialrichtung 40. Der tangentiale Abstand zueinander benachbarter Permanentmagnete 20 bzw. der Abstand zueinander benachbarter Permanentmagnete 20 in Umfangsrichtung 22 entspricht vorteilhaft weitgehend einer tangentialen Erstreckung der Permanentmagnete 20 bzw. einer Erstreckung der Permanentmagnete 20 in Umfangsrichtung 22. Auf diese Weise bilden jeweils zwei benachbarte Abstandshalteelemente 38 zusammen mit den beiden Verbindungselementen 42 eine weitgehend rechteckige Ausnehmungen 44 für einen Permanentmagneten 20. Die Permanentmagnete sind in einer radialen Draufsicht bevorzugt weitgehend rechteckig ausgebildet.
Anders formuliert kann der Abstandshalter 36 vor dem Einbau in den Rotor als ein sich linear erstreckendes Band gesehen werden, welches Ausnehmungen 44 für Permanentmagnete 20 aufweist. Die Zahl der Ausnehmungen 44 im Abstandshalter 36 entspricht der Anzahl der Permanentmagnete 20 des Rotors 10, im Ausführungsbeispiel sind es 52 Stück.
Wie deutlich zu erkennen ist, weist der Abstandshalter 36 an seinen beiden Enden bezüglich seiner Längserstreckungsrichtung zwei besonders ausgebildete Endabstandshalteelemente 48a, 48b auf, welche eine geringere radiale Erstreckung aufweisen als die übrigen Abstandshalteelemente 38. Vorteilhaft ist die Summe der beiden radialen Erstreckungen der beiden Endabstandshalteelemente 48a, 48b höchstens gleicht groß, bevorzugt kleiner als die radiale Erstreckung eines normalen Abstandshalteelements 38.
Beispielhaft ist der Abstandhalter 36 einstückig mit den Abstandshalteelementen 38 und den Verbindungselementen 42 ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel ist der Abstandshalter aus einen Kunststoffverbundmaterial ausgebildet, welches Polyamid PA 12 bzw. Polylauryllactam aufweist sowie einen 15% Anteil von Glasfasern.
Figur 5 zeigt den an das Rückschlusselement 18 montierten Abstandshalter 36 in einer Detailansicht. Abgebildet ist eine axiale Ansicht auf einen Schnitt durch den Rotor 10 in einer Radialebene auf einer axialen Höhe, in welcher die Permanentmagnete 20 angeordnet sind. Daher sind von dem Abstandshalter 36 nur die Abstandshalteelemente 38 sichtbar. Wie deutlich zu erkennen ist, ist das Rückschlusselement 18 in der Felge 30 eingepresst. Auf der Innenseite 24 des Rückschlusselements 18 sind die Permanentmagnete 20 angeordnet. Zwischen den Permanentmagneten 20 sind die Abstandshalteelemente 38 angeordnet. Wie deutlich zu erkennen sind, kontaktieren die Abstandshaltelemente 38 ihre jeweils beiden benachbarten Permanentmagneten 20 an ihren Seiten in Umfangsrichtung 22.
Im in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht die radiale Dicke 50 der Abstandshalteelemente 38 weitgehend einer radialen Magnetdicke 52 der Permanentmagnete 20. Im Ausführungsbeispiel beträgt die radiale Magnetdicke 52 bzw. die radiale Dicke 50 der Abstandshalteelemente 38 2,0 mm. Die Funktionsfähigkeit der vorliegenden Erfindung hängt nicht von der radialen Dicke 50 der Abstandshalteelemente 38 oder der radialen Magnetdicke 52 ab, diese kann weitgehend beliebig gewählt werden und hängt vor allen von den technischen Anforderungen an die elektrischen Maschine 12 bzw. den Nabenmotor 12 ab.
Beispielhaft entspricht eine Tangentialerstreckung 54 des Abstandshalteelements 34 in Umfangsrichtung 22 35% einer tangentialen Magneterstreckung 56 eines Permanentmagneten 20 in Umfangsrichtung 22. Im Ausführungsbeispiel beträgt die Tangentialerstreckung 54 eines Abstandshalteelements 34 beispielsweise 4,0 mm. Im Ausführungsbeispiel beträgt die tangential Magneterstreckung 56 beispielsweise 15,7 mm. Die Erfindung hängt nicht von der Wahl der Tangentialerstreckung 54 ab, diese wird entsprechend dem gewünschten tangentialen Abstand der Permanentmagneten 20 voneinander gewählt. Der tangentiale Abstand der Permanentmagneten 20 hängt von den technischen Anforderungen an die elektrische Maschine 12 ab und wird insbesondere in Abhängigkeit von der Motortopologie, den gewünschten Materialkosten und einer gewünschten Laufruhe gewählt, wobei typischerweise ein Kompromiss hinsichtlich unterschiedlicher Optimierungsziele gewählt werden muss.
In vorteilhaften Varianten die Tangentialerstreckung 54 des Abstandshalteelements 34 in Umfangsrichtung 22 zwischen 10% und 60% der tangentialen Magneterstreckung 56 eines Permanentmagneten 20 in Umfangsrichtung 22, bevorzugt zwischen 20% und 50%, besonders bevorzugt zwischen 30% und 40%. Dieses Verhältnis bietet einen guten Kompromiss aus Magnetmaterialeinsparung und Laufruhe.
Figur 5 zeigt eine Schnittansicht auf eine Ebene, welche senkrecht zur Umfangsrichtung 22 angeordnet ist bzw. welche durch die Radialrichtung 26 und die Axialrichtung 40 aufgespannt wird. Gezeigt ist ein Schnitt durch einen Permanentmagnet 20 und die an seine beiden axialen Stirnseiten 46a, 46b anliegenden Verbindungselemente 42a, 42b. Im Ausführungsbeispiel beträgt die radiale Verbindungsdicke 58 1 ,1 mm. In vorteilhaften Varianten beträgt die radiale Verbin- dungsdicke 58 zwischen 30% und 80% der radialen Dicke 50 der Abstandshalteelemente 38, bevorzugt zwischen 40% und 70%, besonders bevorzugt zwischen 50% und 60%. Das ermöglicht einen guten Kompromiss aus einer stabilen Struktur des Abstandshalters 36 und einer guten Biegsamkeit des Abstandshalters 36, insbesondere bei der Montage in die Felge 30. In alternativen vorteilhaften Varianten beträgt die radiale Verbindungsdicke 58 zwischen 30% und 80% der radialen Magnetdicke 52 der Permanentmagneten 20, bevorzugt zwischen 40% und 70%, besonders bevorzugt zwischen 50% und 60%. Das ermöglich insbesondere eine gute axiale Fixierung der Permanentmagneten 20. Beispiele für vorteilhafte Absolutwerte der radialen Verbindungsdicke 58 liegen zwischen 0,6 mm und 1 ,6 mm, bevorzugt zwischen 0,8 mm und 1 ,4 mm, besonders bevorzugt zwischen 1 ,0 mm und 1 ,2 mm.
Weiter ist in Figur 5 zu erkennen, dass der erste Felgendeckel 32a an der ersten axialen Stirnseite 34a des Rückschlusselements 18 angeordnet ist. Der zweite Felgendeckel 32b an der zweiten axialen Stirnseite 34b des Rückschlusselements 18 angeordnet. Wie deutlich zu erkennen ist, weist der erste Felgendeckel 32a einen sich entgegen der Axialrichtung 40 zum Abstandshalter 36 hin erstreckenden ersten Absatz 60a auf. Der erste Absatz 60a erstreckt sich von der ersten axialen Stirnseite 34a entgegen der Axialrichtung 40 entlang der Innenseite 24 des Rückschlusselements 18. Insbesondere kontaktiert der erste Absatz 60a die Innenseite 24 des Rückschlusselements 18. Am ersten Verbindungselement 42a weist der erste Absatz 60a eine Nut auf in welche das erste Verbindungselement 42a in Axialrichtung 40 eingreift. Der erste Absatz 60a weist an der Nut eine sich entgegen der Axialrichtung 40 erstreckende Nase aus, welche sich entlang einer ersten Innenseite 62a des ersten Verbindungselements 42a entgegen der Axialrichtung 40 erstreckt und dabei das erste Verbindungselement 42a kontaktiert. Auf diese Weise wird ein Verschieben des Abstandshalters 36 radial nach innen verhindert. Der erste Absatz 60a ist beispielhaft weitgehend ringförmig ausgebildet und erstreckt sich entlang der Innenseite 24 des Rückschlusselements 18 entlang der Umfangsrichtung 22 sowie entlang der ersten Innenseite 62a des ersten Verbindungselements 42a. Auch der zweite Felgendeckel 32b einen zweiten Absatz 60b auf, welcher das Verschieben des Abstandshalters 36 radial nach innen verhindert. Wie deutlich zu erkennen ist erstreckt sich der zweite Absatz 60b in Axialrichtung 40 zum Abstandshalter 36 hin. Der zweite Absatz 60b erstreckt sich von der zweiten axialen Stirnseite 34b in Axialrichtung 40 entlang der Innenseite 24 des Rückschlusselements 18. Insbesondere kontaktiert der zweite Absatz 60b die Innenseite 24 des Rückschlusselements 18. Am zweiten Verbindungselement 42b weist der zweite Absatz 60b eine Nut auf in welche das zweite Verbindungselement 42b entgegen der Axialrichtung 40 eingreift. Der zweite Absatz 60b weist an der Nut eine sich in Axialrichtung 40 erstreckende Nase aus, welche sich entlang einer zweiten Innenseite 62b des zweiten Verbindungselements 42b in Axialrichtung 40 erstreckt und dabei das zweite Verbindungselement 42b kontaktiert. Der zweite Absatz 60b ist beispielhaft wie der erste Absatz 60a weitgehend ringförmig ausgebildet und erstreckt sich entlang der Innenseite 24 des Rückschlusselements 18 entlang der Umfangsrichtung 22 sowie entlang der zweiten Innenseite 62b des zweiten Verbindungselements 42b.
Figur 7 illustriert, wie der gerade erstreckte Abstandshalter 36 aus Figur 4 im mit Permanentmagneten 20 bestückten und am Rückschlusselement 18 montierten Zustand aussieht. Der Übersicht halber sind die Felgendeckel 32 nicht abgebildet. Bei der Montage wird der mit Permanentmagneten 20 bestückte Abstandshalter 36 in eine Ringform gebogen, wobei die beiden Enden des Abstandshalters 36 bezüglich seiner Längserstreckungsrichtung aneinander geführt werden. Insbesondere werden die beiden Endabstandshaltelemente 48a, 48b aneinander geführt.
Wie deutlich zu erkennen ist, ist zwischen einem ersten Permanentmagneten 20a und einem in Umfangsrichtung 22 benachbarten zweiten Permanentmagneten 20b ein tangentialer Abstand bzw. eine Trennstelle 64 zwischen dem ersten Verbindungselement 42a und dem ersten Verbindungselement 42b. Insbesondere sind zwischen dem ersten Permanentmagneten 20a und dem zweiten Permanentmagneten 20b die beiden Endabstandshalteelemente 48a, 48b angeordnet. Beispielhaft ist das erste Endabstandshalteelement 48a am ersten Permanentmagneten 20a angeordnet und das zweite Endabstandshalteelement 48b am zweiten Permanentmagneten 20b. Insbesondere ist im montierten Zustand zwischen dem ersten Endabstandshalteelement 48a und dem zweiten Endabstandshalteelement 48b ein tangentialer Abstand bzw. die Trennstelle 64 angeordnet.
Figur 8 zeigt eine Variant der in den Figuren 4 und 7 gezeigten Ausführungsform. Figur 8 zeigt eine axiale Draufsicht auf den Rotor 10. Hier ist der Abstandshalter 36 zweistückig ausgebildet und weist ein erstes Teilstück 36a und ein zweites Teilstück 36b auf. Das erste Teilstück 36a und das zweite Teilstück 36b sind weitgehend gleichartig ausgebildet und sind dazu vorgesehen, jeweils die Hälfte der Permanentmagneten 20 zu stützen. Im montierten Zustand weist der Abstandshalter 36 eine erste Trennstelle 64a und eine zweite Trennstelle 64b auf, welche bezüglich der in die Bildebene weisenden Rotationsachse 16 gegenüberliegend angeordnet sind. Die beiden Teilstücke 36a, 36b des Abstandshalter 36 sind mit Permanentmagneten 20 bestückten und am Rückschlusselement 18 montierten. Wie in Figur 7 sind der Übersicht halber die Felgendeckel 32 nicht abgebildet. Bei der Montage werden die jeweils mit Permanentmagneten 20 bestückten Teilstücke 36a, 36b in eine Halbringform gebogen. Bei der Montage an das Rückschlusselement 18 werden die beiden Endabstandshaltelemente 48a, 48b des ersten Teilstücks 36a jeweils an die beiden Endabstandshalteelemente 48a. 48b des zweiten Teilstücks 36b herangeführt.
Figuren 9A und 9B zeigen jeweils Detailansichten auf die erste Trennstelle 64a und die zweite Trennstelle 64b. Wie deutlich zu erkennen ist, ist zwischen einem ersten Permanentmagneten 20a und einem in Umfangsrichtung 22 benachbarten zweiten Permanentmagneten 20b die erste Trennstelle 64a zwischen dem ersten Endabstandshalteelemente 48a des ersten Teilstücks 36a und dem zweiten Endabstandshalteelement 48b des zweiten Teilstücks 36b angeordnet. Weiterhin ist zwischen einem dritten Permanentmagneten 20c und einem in Umfangsrichtung 22 benachbarten vierten Permanentmagneten 20d die zweite Trennstelle 64b zwischen dem zweiten Endabstandshalteelemente 48b des ersten Teilstücks 36a und dem ersten Endabstandshalteelement 48a des zweiten Teilstücks 36b angeordnet. Figur 10 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 66 welches von dem Nabenmotor 12 angetrieben wird. Das Fahrzeug 66 ist als Elektroroller mit zwei Rädern ausgebildet, wobei ein Vorderrad 68 lenkbar ausgebildet ist und ein Hinterrad 70 durch den Nabenmotor 12 angetrieben wird. Der Stator 14 ist achsfest ausgebildet und der Rotor 10 weist die Felge 30 auf, auf welcher ein Reifen 72 des Hinterrades 70 montiert ist.
Figur 11 illustriert ein Verfahren 74 zur Herstellung des Rotors 10. Dabei wird zunächst in einem Schritt S1 der sich linear erstreckender, leiterförmiger Abstandshalter 36 aus Figur 4 bereitgestellt. Anschließend werden in einem Schritt S2 die Ausnehmungen mit Permanentmagneten 20 bestückt. In einem Schritt S3 wird der Abstandshalter 36 mit den Permanentmagneten 20 in eine ringförmige Form gebogen und dabei an die Innenseite 24 des Rückschlusselements 18 angelegt.

Claims

- 23 - Ansprüche
1 . Rotor (10) für eine elektrische Maschine (12), insbesondere für einen Nabenmotor, mit einem weitgehend hohlzylinderförmigen Rückschlusselement (18) und einer Mehrzahl von Permanentmagneten (20), welche in Umfangsrichtung (22) gleichmäßig an dem Rückschlusselement (18) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwischen zwei in Umfangsrichtung (22) zueinander benachbarten Permanentmagneten (20) jeweils ein Abstandshalteelement (38) eines Abstandshalters (36) angeordnet ist.
2. Rotor (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (36) sprossenförmige Abstandshalteelemente (38) aufweist, welche sich im Wesentlichen in Axialrichtung (40) erstrecken.
3. Rotor (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abstandshaltelemente (38) jeweils von einer ersten axialen Stirnseite (46a) der benachbarten Permanentmagneten (20) zu einer axial gegenüberliegenden zweiten axialen Stirnseite (46b) der benachbarten Permanentmagneten (20) erstrecken.
4. Rotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshaltelemente (38) jeweils eine radiale Dicke (50) aufweisen, welche zwischen 10% und 120% einer radialen Magnetdicke (52) eines Permanentmagneten (20) entspricht, bevorzugt zwischen 80% und 110%, besonders bevorzugt zwischen 90% und 100%.
5. Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandhalter (36) wenigstens ein Verbindungselement (42) aufweist, welches sich in Umfangsrichtung (22) erstreckt, an einer axialen Stirnseite (34) des Rotors (10) bzw. des Rückschlusselements (18) angeordnet ist und mit den Abstandshalteelementen (38) verbunden ist. Rotor (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandhalter (36) zwei Verbindungselemente (42a, 42b) aufweist, welche jeweils an zwei gegenüberliegenden axialen Stirnseiten (34a, 34b) des Rotors (10) bzw. des Rückschlusselements (18) angeordnet sind. Rotor (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (36) wenigstens eine Trennstelle (64, 64a, 64b) aufweist, welche jeweils in Umfangsrichtung (22) zwischen zwei benachbarten Permanentmagneten (20a, 20b, 20c, 20d) angeordnet ist. Rotor (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der wenigstens einen Trennstelle (64, 64a, 64b) in Umfangsrichtung (22) zwischen den zwei benachbarten Permanentmagneten (20a, 20b, 20c, 20d) jeweils zwei Endabstandshaltelemente (48a, 48b) angeordnet sind, welche zueinander jeweils eine Trennstelle (64, 64a, 64b) aufweisen. Rotor (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Verbindungselement (42) eine radiale Verbindungsdicke (58) aufweist, welche zwischen 10% und 120% einer radialen Magnetdicke (52) eines Permanentmagneten (20) liegt, bevorzugt zwischen 25% und 80%, besonders bevorzugt zwischen 35% und 55%. Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (36) einstückig ausgebildet ist, insbesondere einstückig mit den Abstandshalteelementen (38). Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (36) zwischen den Abstandshaltelementen (38) ausgebildete Ausnehmungen (44) für die Permanentmagnete (20) aufweist, in welche die Permanentmagnete (20) jeweils eingefasst sind. Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (36) im Wesentlichen aus Kunststoff ausgebildet ist. Nabenmotor (12), mit einen Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und Stator (14), wobei der Rotor (10) als Außenläufer ausgebildet ist, wobei an den beiden axialen Stirnseiten (34) des Rückschlusselements (18) jeweils ein Felgendeckel (32) angeordnet ist, wobei wenigstens einer der beiden Felgendeckel (32) einen sich axial nach inneren erstreckenden Absatz (60) aufweist, welcher sich entlang der Umfangsrichtung (22) am Rückschlusselement (18) erstreckt und den Abstandshalter (36) an seiner Innenseite (62) formschlüssig kontaktiert, bevorzugt das Verbindungselement (42) kontaktiert. Fahrzeug (66), insbesondere Einspurfahrzeug, mit mindestens zwei Rädern (68, 70), wobei wenigstens einem der Räder (68, 70) ein Nabenmotor (12) nach Anspruch 13 zugeordnet ist. Verfahren (74) zur Herstellung eines Rotors (10) nach einem der Ansprüche 1 bis
12, wobei zunächst ein sich linear erstreckender, leiterförmiger Abstandshalter (36) bereitgestellt wird (S1), welcher zwei sich parallel zueinander erstreckende Verbindungselemente (42a, 42b) aufweist und dazwischen sich senkrecht zu den Verbindungselementen (42a, 42b) erstreckende sprossenförmige Abstandshalteelemente (38) aufweist, anschließend Permanentmagnete (20) in den Abstandshalter (36) eingelegt werden (S2), und anschließend der Abstandshalter (36) mit den Permanentmagneten (20) an das Rückschlusselement (18) gelegt wird (S3), wobei der Abstandshalter (36) in eine ringförmige Form gebracht wird.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4227105A (en) * 1976-06-21 1980-10-07 Shokichi Kumakura Annular magnet assembly
DE112017005750T5 (de) * 2016-11-15 2019-08-29 Mitsubishi Electric Corporation Rotor für eine rotierende elektrische maschine und verfahren zur herstellung eines rotors für eine rotierende elektrische maschine
WO2020156888A1 (de) * 2019-01-29 2020-08-06 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Rotor mit einer bandagenanordnung für eine elektrische maschine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4227105A (en) * 1976-06-21 1980-10-07 Shokichi Kumakura Annular magnet assembly
DE112017005750T5 (de) * 2016-11-15 2019-08-29 Mitsubishi Electric Corporation Rotor für eine rotierende elektrische maschine und verfahren zur herstellung eines rotors für eine rotierende elektrische maschine
WO2020156888A1 (de) * 2019-01-29 2020-08-06 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Rotor mit einer bandagenanordnung für eine elektrische maschine

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