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GEBIET DER ERFINDUNG
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Vorliegende Erfindung betrifft einen Läufer, insbesondere einen Läufer mit Permanentmagneten, und einen Elektromotor, in welchem der Läufer verwendet wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein bestehender Läufer eines Elektromotors hat einen Läuferkern und eine Mehrzahl von Permanentmagneten, die an einer äußeren Peripherie des Läuferkerns mittels Klebstoff befestigt werden. Anschließend kann ein nichtmagnetisches Gehäuse an dem Läuferkern montiert werden, so dass das Gehäuse die Permanentmagnete umschließt. Zum Beispiel sind der Läuferkern und die Permanentmagnete normalerweise mit dem nichtmagnetischen Gehäuse montiert, damit die Permanentmagnete nicht herabfallen oder brechen können, wenn der Elektromotor bei einer elektrischen Servolenkvorrichtung verwendet wird.
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Wenn Klebstoff verwendet wird, um die Permanentmagnete an dem Läuferkern zu befestigen, kommt es jedoch zu folgenden Problemen. Einerseits könnte es sein, dass die Beschichtung der Kontaktfläche zwischen dem Läuferkern und den Permanentmagneten mit Klebstoff nicht gleichmäßig erfolgt, so dass es schwierig ist, eine Haftfestigkeit zwischen dem Läuferkern und den Permanentmagneten sicherzustellen, wodurch sich auch die jeweilige radiale Position der Permanentmagnete nur schwer sicherstellen lässt. Zum anderen benötigt der Klebstoff einen Aushärtungsprozess bei hoher Temperatur, was zeitaufwändig ist und zu einer geringen Produktionseffizienz führt.
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ÜBERSICHT
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Aus diesem Grund wird ein Läufer gewünscht, bei welchem die Permanentmagnete ohne Klebstoff befestigt werden können. Ebenso wird ein Elektromotor gewünscht, der diesen Läufer verwendet.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Läufer mit einer Welle und wenigstens einem an der Welle befestigten Drehkörper angegeben, wobei der Läufer einen Läuferkern und eine Mehrzahl von Permanentmagneten aufweist. Eine äußere Peripherie des Läuferkerns hat eine Mehrzahl von Schlitzen, die sich entlang einer axialen Richtung des Läufers erstecken. Der Drehkörper hat ferner eine Mehrzahl von axialen Armen, die an den entsprechenden Schlitzen angeformt und für die Fixierung der Permanentmagnete konfiguriert sind. Jeweils zwei einander benachbarte Arme bilden zwischen sich eine Aufnahme, und jeder Permanentmagnet ist an einer entsprechenden Aufnahme befestigt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Elektromotor angegeben, der einen Ständer und den vorstehend beschriebenen Läufer aufweist.
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In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Permanentmagnete durch eine Mehrzahl von axialen Armen, die an dem Läuferkern angeformt sind, befestigt sein, wodurch sich die Nachteile, die durch die Verwendung von Klebstoff entstehen, vermeiden lassen. Dadurch wird die Produktionseffizienz verbessert und desgleichen die Zuverlässigkeit des Läufers.
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Figurenliste
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche oder ähnliche Elemente, die in mehr als einer Figur erscheinen, in all diesen Figuren generell mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Dimensionen von Komponenten und Merkmalen, die in den Figuren gezeigt sind, sind generell im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet. Die Figuren sind nachstehend aufgelistet.
- 1 ist eine schematische Darstellung eines Läufers für einen Elektromotor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 zeigt einen der Drehkörper des Läufers von 1 von oben;
- 3 zeigt in einer weiteren schematischen Darstellung den Läufer von 1, wobei eine Mehrzahl von Permanentmagneten entfernt wurde;
- 4 ist eine weitere Ansicht eines der Drehkörper des Läufers von 1 von oben, wobei eine Mehrzahl von Permanentmagneten entfernt wurde;
- 5 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs A von 2;
- 6 zeigt einen Permanentmagnet gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Ansicht von oben;
- 7(a) ist eine schematische Darstellung eines Läufers eines Elektromotors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 7(b) ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs B von 7(a);
- 8 ist eine schematische Ansicht eines der Drehkörper des Läufers von 7(a), wobei eine Mehrzahl von Permanentmagneten und ein Teil von axialen Armen entfernt wurden;
- 9 ist eine schematische Darstellung des Läuferkerns des Drehkörpers von 8;
- 10 ist eine Vergrößerung des Bereichs C von 9;
- 11 ist eine schematische Darstellung eines Läufers für einen Elektromotor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 12 ist eine schematische Darstellung eines axialen Arms von 11 ;
- 13(a) ist eine schematische Darstellung eines Läufers für einen Elektromotor gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 13(b) ist eine Schnittansicht von 13(a) entlang einer Linie D-D von 13(a); und
- 14 ist eine schematische Darstellung eines Elektromotors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Der Gegenstand vorliegender Erfindung wird nachstehend im Zusammenhang mit den anliegenden Zeichnungen und den bevorzugten Ausführungsformen erläutert. Die beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich einige von möglichen Ausführungsformen und sind nicht erschöpfend. Alle weiteren Ausführungsformen, zu denen der Fachmann ohne erfinderisches Zutun gelangt, fallen in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung. Es versteht sich, dass die Zeichnungen zum Zweck der Bezugnahme dienen und keine Einschränkung der Erfindung darstellen. Die Dimensionen in den Zeichnungen wurden im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind ebenfalls nicht als eine Einschränkung der Erfindung zu verstehen.
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Es sollte beachtet werden, dass wenn ein Element mit einem anderen Element „verbunden“ ist, diese Verbindung direkt oder über ein weiteres Element oder auch über ein mittiges Element erfolgen kann. Sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, haben sämtliche in der vorliegenden Beschreibung verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe ihre dem Fachmann bekannte übliche Bedeutung. Die vorliegend verwendete Terminologie dient lediglich zur Beschreibung von bestimmten Ausführungsformen und stellt keine Einschränkung der Erfindung dar.
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Es wird auf 1 bis 4 Bezug genommen. Ein Läufer eines Elektromotors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat eine Welle 15 und wenigstens einen Drehkörper 10, der an der Welle 15 befestigt ist. Jeder Drehkörper 10 hat einen Läuferkern 11 und eine Mehrzahl von Permanentmagneten 12 und eine Mehrzahl von axialen Armen 20 zum Halten der Permanentmagnete 12. In der Ausführungsform hat der Läufer zwei Drehkörper 10, die entlang einer axialen Richtung des Läufers angeordnet sind. Die beiden Drehkörper 10 können in einer Umfangsrichtung des Läufers zueinander versetzt sein.
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Eine Mehrzahl von Schlitzen 13, die sich entlang der axialen Richtung erstrecken, sind in Abständen an einer äußeren Peripherie des Läuferkerns 11 jedes Drehkörpers 10 angeordnet. Die axialen Arme 20 sind jeweils an den entsprechenden Schlitzen 13 angeformt, vorzugsweise angespritzt. Jeweils zwei einander benachbarte Arme 20 bilden zwischen sich eine Aufnahme 14. Die Permanentmagnete 12 sind in die entsprechenden Aufnahmen 14 eingepresst. In der Ausführungsform sind die Schlitze 13 von zwei einander benachbarten Drehkörpern 10 in der Umfangsrichtung zueinander versetzt. Der axiale Arm 20 besteht aus Kunststoff, vorzugsweise aus Harz. Vorzugsweise ist eine axiale Länge jedes axialen Arms 20 kleiner als eine axiale Länge jedes Schlitzes 13.
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Da die Permanentmagnete 12 durch die axialen Arme 20 befestigt sind, die an dem Läuferkern 11 angeformt sind, lassen sich Nachteile vermeiden, die sich durch eine Befestigung der Permanentmagnete mittels Klebstoff ergeben würden. Die Produktionseffizienz wird dadurch verbessert und ebenso die Zuverlässigkeit des Läufers.
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Vorzugsweise besteht der Läuferkern 11 aus einer Mehrzahl von Lamellen 114, die axial geschichtet sind. Jede Lamelle 114 kann die Form eines regelmäßigen Vielecks aufweisen, wobei die Schlitze 13 jeweils an Ecken des regelmäßigen Vielecks gebildet sind. In der Ausführungsform hat die Lamelle 114 die Form eines regelmäßigen Achtecks und hat acht Schlitze 12. Es versteht sich jedoch, dass die Lamelle 114 nicht auf die Form eines regelmäßigen Achtecks beschränkt ist und dass die Anzahl der Seiten und die Anzahl der Schlitze 13 entsprechend der Anzahl der Permanentmagnete 12 gewählt werden kann.
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In 5 kann ein Abschnitt des Schlitzes 13 einen Schwalbenschwanzbereich 131 aufweisen, damit der axiale Arm 20 stabil an dem Schlitz 13 angeformt werden kann und verhindert wird, dass der axiale Arm 20 herabfällt. In der Ausführungsform hat der Abschnitt des Schlitzes 13 zwei Schwalbenschwanzbereiche 131, die in einer radialen Richtung des Läuferkerns 11 in umgekehrter Richtung verbunden sind. Es versteht sich, dass der Abschnitt des Schlitzes 13 auch andere Formen aufweisen kann.
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In der Ausführungsform hat der axiale Arm 20 einen Körperbereich 21, einen Passbereich 213, der sich von einer radialen Innenseite des Körperbereichs 21 nach innen erstreckt, und zwei Begrenzungsbereiche 211, die sich von einer radialen Außenseite des Körperbereichs 21 entlang einander entgegengesetzter Umfangsrichtungen erstrecken. Der Passbereich 213 ist in dem Schlitz 13 des Läuferkerns 11 angeformt, wobei seine Form dem Schlitz 13 angepasst ist.
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Vorzugsweise hat der axiale Arm 30 ferner einen eingeschnürten Bereich 212, der zwischen den beiden Begrenzungsbereichen 211 gebildet ist. Der eingeschnürte Bereich 212 lässt sich beim Montieren des Permanentmagnets 12 in der Aufnahme 14 geringförmig verformen. Der eingeschnürte Bereich 212 kann eine Vertiefung sein, die sich von der radialen Außenseite des Körperbereichs 21 nach innen erstreckt. Infolgedessen hat der axiale Arm 20 einen im Wesentlichen Y-förmigen Querschnitt.
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In einer alternativen Ausführungsform kann der axiale Arm 20 auch einen T-förmigen Querschnitt aufweisen, solange ein Teil des axialen Arms 20 in dem Schlitz 13 angeformt ist und ein anderer Teil zum Bilden der Aufnahme 14 mit dem Läuferkern 11 zusammenwirkt. Der eingeschnürte Bereich 212 kann auch eine Öffnung sein, die den Körperbereich 21 in der axialen Richtung durchgreift, so dass sich die Öffnung geringfügig verformen lässt, wenn auf den Körperbereich 21 Druck ausgeübt wird.
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Es wird auf 2 und 6 Bezug genommen. Der Permanentmagnet 12 hat eine Innenfläche 121, eine Außenfläche 122 und zwei Seitenflächen 123, die zwischen die Innenfläche 121 und die Außenfläche 122 geschaltet sind. In der Ausführungsform ist die Innenfläche 121 eine Ebene, die sich mit der Außenfläche des Läuferkerns 11 in Kontakt befindet. Die Außenfläche 122 ist eine konvex gekrümmte Fläche. In der Ausführungsform liegen die Körperbereiche 21 an den Seitenflächen 123 der Permanentmagnete 12 an, um eine Umfangsbewegung der Permanentmagnete 12 zu begrenzen. Die Begrenzungsbereiche 211 liegen an den Außenflächen 122 der Permanentmagnete 12 an, um eine radiale Bewegung der Permanentmagnete 12 zu begrenzen. Ein zwischen der Seitenfläche 123 und der Innenfläche 121 gebildeter Winkel R kann kleiner oder gleich 90 Grad betragen. Vorzugsweise ist der Winkel R größer oder gleich 45 Grad und kleiner als 90 Grad, so dass sich der axiale Arm 20 mit der Seitenfläche 123 und der teilweisen Außenfläche 122 des Permanentmagnets 12 in einem ausreichenden Kontakt befindet.
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Es wird auf 7(a) bis 10 Bezug genommen. Ein Drehkörper 30 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ähnlich wie der Drehkörper 10 der ersten Ausführungsform, wobei der Hauptunterschied zwischen den beiden Drehkörpern ist, dass der Läuferkern 31 des Drehkörpers 30 ferner mindestens eine Endlamelle 311 aufweist, die an ein axiales Ende der Lamellen geschichtet ist. Die Endlamelle 311 hat eine Mehrzahl von Blockierbereichen 313, die jeweils den Schlitzen 312 des Läuferkerns 31 entsprechen. Die Form der Endlamelle 311 ist im Wesentlichen die gleiche wie die der anderen Lamellen 314, mit der Ausnahme, dass die Endlamelle 311 den Schlitz 312 nicht aufweist. Zum Beispiel kann die Endlamelle 311 die Form eines regelmäßigen Vielecks aufweisen, das eine Mehrzahl von Ecken und eine Mehrzahl von Seiten hat. Die Ecken entsprechen jeweils den Schlitzen 312, um die Blockierbereiche 313 zu bilden, und die Seiten fluchten jeweils mit den Seiten der anderen Lamellen 314. Die Endlamelle 311 ist derart konfiguriert, dass beim Anspritzen des axialen Arms 315 ein axialer Fluss des Kunststoffmaterials begrenzt wird, weshalb die Form einfacher ausgebildet sein kann und so die Kosten verringert werden können.
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Vorzugsweise haben beide Enden des Läuferkerns 31 mindestens eine Endlamelle 311, um beim Spritzgießen des axialen Arms einen axialen Bereich des Kunststoffmaterials zu definieren, wodurch die Form weiter vereinfacht werden kann. Eine axiale Länge des axialen Arms 315 ist gleich einer axialen Länge des Schlitzes 312. In der Ausführungsform hat jedes axiale Ende des Läuferkerns 31 zwei Endlamellen 311.
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Ein Läufer eines Elektromotors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat drei Drehkörper 30, die entlang der axialen Richtung angeordnet sind. Einander benachbarte Drehkörper 30 können entlang der Umfangsrichtung des Läufers zueinander versetzt sein, so dass die Ecken der einander benachbarten Drehkörper 30 in der Umfangsrichtung gestaffelt sind und sich nicht vollständig überlappen. Daher können die einander benachbarten Läuferkerne eine axiale Bewegung der Permanentmagnete verhindern und können auch verhindern, dass die Permanentmagnete 12 in der axialen Richtung aneinandergepresst werden. In der Ausführungsform ist bei einem Drehkörper eine axiale Länge des Permanentmagnets 12 gleich einer axialen Länge des Läuferkerns 31 mit der Endlamelle 311 oder geringfügig kleiner als diese.
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Es wird auf 11 und 12 Bezug genommen. Ein Drehkörper gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ähnlich wie der Drehkörper 10 der ersten Ausführungsform, wobei der wesentliche Unterschied ist, dass der axiale Arme 42 der Drehkörper 40, der an zwei axialen Enden des Läufers angeordnet ist, ferner zwei Endwände 421 hat, die an einem axialen Ende des axialen Arms 42 gebildet sind. Die beiden Endwände 421 sind an zwei Umfangsseiten des Körperbereichs des axialen Arms 42 angeordnet und sind im Wesentlichen senkrecht zu dem Körperbereich. Ein Abschnitt der Endwand 421 entspricht dem Läuferkern 41, und ein weiterer Abschnitt der Endwand 421 entspricht dem Permanentmagnet 12. Die Endwand 421 kann ferner eine Stützwand 422 aufweisen, die vorzugsweise elastisch ist. Die Stützwand 422 erstreckt sich von der Endwand 42 schräg in Richtung auf die Aufnahme 14, wobei sich ein Ende in der Aufnahme 14 erstreckt. Das heißt, die Stützwand 422 überlappt sich in der axialen Richtung zum Teil mit dem Läuferkern 41. Eine axiale Länge des Permanentmagnets 12 ist kleiner als eine axiale Länge des Läuferkerns 41. Die Stützwände 422 sind ausgebildet zum Stützen der Permanentmagnete 12, so dass sich die Permanentmagnete 12 desselben Drehkörpers an der gleichen axialen Position befinden.
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Es wird auf 13(a) und 13(b) Bezug genommen. Ein Drehkörper gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ähnlich wie der Drehkörper 10 der ersten Ausführungsform, wobei der wesentliche Unterschied darin liegt, dass der Läufer ferner ein nichtmagnetisches Gehäuse 16 hat, das die äußere Peripherie der Drehkörper 10 umschließt. In der Ausführungsform besteht das nichtmagnetische Gehäuse 16 aus zwei Teilen, die jeweils von zwei axialen Enden der Welle 15 ausgehend an den Drehkörpern 10 montiert sind. Die Form des nichtmagnetischen Gehäuses 16 entspricht im Wesentlichen der Form der Drehkörper 10. Zum Beispiel sind die Drehkörper 10 im Wesentlichen zylindrisch, so dass das nichtmagnetische Gehäuse 16 ebenfalls im Wesentlichen zylindrisch ist. Das nichtmagnetische Gehäuse 16 kann aus nichtmagnetischem Stahl bestehen, zum Beispiel aus Weichstahl. Das nichtmagnetische Gehäuse 16 kann direkt als Stanzteil hergestellt werden oder durch Walzen und Stanzen eines Blechs zu einem Hohlzylinder geformt werden.
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Jeder Gehäuseteil kann mit einem Flansch 161 ausgebildet sein, der sich von einem axialen Ende des Gehäuseteils radial nach innen erstreckt, um eine axiale Bewegung der Drehkörper 10 noch weiter zu begrenzen. Die Flansche 161 können mit den Gehäuseteilen hergestellt werden, zum Beispiel durch Stanzen, bevor die Gehäuseteile an den Läuferkörpern 10 montiert werden, oder sie können hergestellt werden, nachdem die Gehäuseteile an den Läuferkörpern 10 montiert wurden.
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Ein in 14 gezeigter Elektromotor hat einen Ständer S und einen Läufer, welcher der in den vorstehenden Ausführungsformen beschriebene Läufer sein kann,
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Vorstehend wurden lediglich bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, die keine Einschränkung der Erfindung darstellen. Änderungen, Äquivalente, Modifikationen etc. innerhalb des Erfindungsgedankens und innerhalb des Erfindungsprinzips fallen sämtlich in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
