WO2024256301A1 - Rotorbaugruppe für einen elektromotor - Google Patents

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WO2024256301A1
WO2024256301A1 PCT/EP2024/065848 EP2024065848W WO2024256301A1 WO 2024256301 A1 WO2024256301 A1 WO 2024256301A1 EP 2024065848 W EP2024065848 W EP 2024065848W WO 2024256301 A1 WO2024256301 A1 WO 2024256301A1
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rotor
magnets
holding
package
packs
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Marco GRIMM
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Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
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    • 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
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    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/278—Surface mounted magnets; Inset magnets
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/03—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies having permanent magnets
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/06—Magnetic cores, or permanent magnets characterised by their skew

Definitions

  • the invention relates to a rotor assembly for an electric motor, having a rotor shaft directed along an axial direction and at least two rotor packages which are arranged coaxially and offset from one another along the rotor shaft.
  • the invention further relates to a method for producing a rotor assembly and an electric motor with such a rotor assembly.
  • motor vehicles typically have a power steering system, which reduces the steering force required to operate a steering wheel when steering at a standstill or at low vehicle speeds.
  • the power steering system assists a motor vehicle user when steering by supporting the steering force applied by the vehicle user, for example with a hydraulic system or with an electric motor.
  • an electric motor arranged on the steering wheel mechanism supports and superimposes the steering movements of the vehicle user with a generated auxiliary force.
  • So-called brushless electric motors brushless direct current motors, BLDC motors
  • BLDC motors brushless direct current motors
  • Such a brushless electric motor as an electric three-phase machine basically has a fixed (stationary) stator with an electric rotating field winding, which is energized with a multi-phase three-phase current.
  • the Phases of the generated three-phase current and the associated rotating field are referred to as (motor) phases.
  • this also includes the stator coils (phase winding) assigned to each such phase with the associated connecting lines (phase end).
  • the phases are connected to one another in a star point of a star connection, for example.
  • the stator or its rotating field winding has three phases and thus at least three phase conductors or phase windings, each of which is supplied with an electric current in a phase-shifted manner in order to generate a rotating magnetic field in which a rotor, usually provided with permanent magnets and also referred to as a rotor, rotates about its axis.
  • the rotor generally has a particularly cylindrical, punched (rotor) laminated core as the central rotor core.
  • the rotor core is, for example, firmly joined to a rotor or motor shaft of the electric motor.
  • a surface permanent magnet rotor also known as an SPM rotor
  • the rotor magnets are attached or held to an outer circumference of a lateral surface of the rotor core.
  • the permanent magnets are joined to the lateral surface in a material-bonded manner, in particular by means of an adhesive or epoxy. Holding devices for fastening and/or holding the permanent magnets to the lateral surface without a material bond are also conceivable.
  • the rotor is arranged, for example, in a toothed stator with a number of radially directed stator teeth and stator slots.
  • the rotating field winding is applied in particular to the stator teeth.
  • rotors are used, particularly in the case of long active part lengths, in which the rotor magnets are arranged offset to one another along the axial direction or the rotor shaft.
  • rotor magnets arranged axially one above the other or stacked are arranged offset to one another in the tangential direction (circumferential direction/azimuthal direction).
  • Such a cogging or offset arrangement of the rotor magnets has a beneficial effect on reducing the cogging torque and thus on reducing torque ripple of the electric motor.
  • This subsequently has a beneficial effect on reducing the running noise when the electric motor is in operation. In other words, noise development is reduced, which in turn improves the acoustic properties of the rotor and the electric motor, which is particularly desirable in applications close to a vehicle interior.
  • a so-called discrete setting is possible, for example, in which a number of (individual) rotor packages equipped with rotor magnets are arranged coaxially to one another along the rotor shaft and set to one another or against one another.
  • the rotor packages are each stacked with a tangential angular offset along the axial direction.
  • the rotor packages equipped with rotor magnets are offset or rotated relative to one another in the tangential direction by a setting angle.
  • a tangential setting angle is realized from rotor package to rotor package along the axial direction or rotor shaft.
  • the angle of inclination is generated mechanically, for example, during the shaft-tight joining of the rotor packages.
  • the angle of inclination generated is subject to a variety of assembly influences, such as grippers, belts, mechanics or measurement inaccuracies, which often leads to assembly inaccuracies, which lead to deviations in the desired angle of inclination between the rotor packs.
  • This disadvantageously increases the cogging torque of the rotor or the electric motor, which results in greater noise during operation.
  • intermediate element intermediate ring
  • This intermediate element is also intended to be used to adjust the twist or offset angle between the rotor packs in a form-fitting manner.
  • SPM rotor assemblies with such intermediate elements are known, for example, from DE 10 2017 223 622 A1 and EP 4 084 296 A1.
  • the invention is based on the object of specifying a particularly suitable rotor assembly of an electric motor.
  • a discretely offset rotor assembly with an improved magnetic flux between the rotor packages is to be realized.
  • the invention is also based on the object of specifying a particularly suitable method for producing a rotor assembly and a particularly suitable electric motor.
  • the rotor assembly according to the invention is intended for an electric motor, in particular for a power steering system of a motor vehicle, and is suitable therefor and
  • the rotor assembly has a rotor shaft and a rotor with two magnet positioning rings and a sleeve-like or cuff-like magnet fixing sleeve.
  • the rotor is designed in several parts with at least two rotor packages (individual packages), with a number of rotor magnets arranged on each of the rotor packages.
  • the rotor magnets are preferably permanent magnets.
  • axial or an “axial direction” is understood to mean in particular a direction parallel (coaxial) to the rotor shaft, i.e. perpendicular to the front sides of the rotor.
  • radial or a “radial direction” is understood to mean in particular a direction oriented perpendicular (transverse) to the rotor shaft along a radius of the rotor or the rotor packs.
  • tangential or a “tangential direction” is understood to mean in particular a direction along the circumference of the rotor or the rotor packs (circumferential direction, azimuthal direction), i.e. a direction perpendicular to the axial direction and the radial direction.
  • the rotor or each of the rotor packages is joined to the rotor shaft, which is oriented along the axial direction, in a shaft-tight manner.
  • the rotor packages have a central through-opening, by means of which the rotor packages are joined to the rotor shaft, preferably in a force-locking and/or form-locking manner - for example by means of a press fit.
  • the offset of the adjacent rotor packages is in particular only achieved by the joining connection, in particular by the press fit, to the rotor shaft.
  • the adjacent rotor packages are attached to the rotor shaft with a defined offset angle, i.e. a tangential angular offset.
  • a “positive connection” or a “positive-locking mounting/connection” between at least two interconnected parts is understood here and below in particular to mean that the interconnected parts are held together at least in one direction by a direct interlocking of contours of the parts themselves or by an indirect interlocking via an additional connecting part.
  • the "blocking" of mutual movement in this direction is therefore due to the shape.
  • the rotor packages which are in particular cylindrical, are preferably designed as punched laminated core packages (rotor laminated core packages) with a number of rotor laminations stacked or layered along the axial direction.
  • the rotor packages are arranged coaxially to one another along the rotor shaft or are stacked and arranged offset to one another. The rotor packages thus form a package assembly.
  • the rotor packs are each equipped with a number of rotor magnets, which are arranged tangentially distributed on the respective outer surface of the rotor packs.
  • the rotor packs in particular have a substantially equilateral polygonal or polygonal base surface, so that the surface has a number of contact surfaces of equal area for the permanent magnets along the tangential or azimuthal direction, i.e. along the outer circumference.
  • the rotor magnets are thus designed as surface magnets, with the rotor or the rotor assembly being designed in SPM construction.
  • the rotor magnets have, for example, a rectangular or cuboid, preferably a loaf-shaped or bowl-shaped, cross-sectional shape.
  • a magnet positioning ring is provided as a retaining ring, which secures the rotor magnets against unwanted axial and radial slipping out.
  • the magnet positioning rings hold the rotor magnets along the Radial and tangential directions without material bonding, in particular form-fitting, to the lateral surfaces of the rotor cores.
  • a magnet fixing sleeve is placed or pressed onto the rotor packs or the pack assembly to fix the rotor magnets.
  • the magnet fixing sleeve is designed, for example, as a tubular, hollow cylinder, sleeve or cuff-shaped (cover or holding) casing.
  • the magnet fixing sleeve can be designed as a deep-drawn (stainless) steel part or aluminum part.
  • the magnet fixing sleeve is placed axially on the package assembly, and thus on the rotor magnets, as a magnet cover.
  • the placement is carried out in particular by means of an axial press fit, whereby it is possible, for example, that only the rotor magnets are in mechanical (touch) contact with the magnet fixing sleeve.
  • the press fit for fastening the magnet fixing sleeve is carried out in particular only by means of rotor magnets.
  • the outer circumference of the rotor magnets is larger than the outer circumference of the rotor packages and/or the magnet positioning rings, so that the rotor magnets are joined to the magnet fixing sleeve radially at an apex, for example.
  • This advantageously and easily reduces the mechanical demands on the stability and strength of the magnet positioning rings. In particular, this makes it possible to design the magnet positioning rings as cost-effective plastic injection-molded parts.
  • the magnet fixing sleeve has a certain oversize along the axial direction with regard to the axial height of the stack assembly. This means that the magnet fixing sleeve has two front collar areas (front sides) which are bent (crimped) radially inwards in a process step following the press fit. This means that the magnet fixing sleeve grips or surrounds the stack assembly - and thus the rotor - in a form-fitting manner when assembled.
  • the rotor packs have holding contours for tangentially holding the rotor magnets, which protrude radially from the outer circumference of the respective rotor pack.
  • the holding contours are thus arranged as radial separating webs between the tangentially distributed rotor magnets, with the outer circumference of the holding contours preferably being smaller than the outer circumference of the rotor magnets.
  • the rotor packs therefore have superficial radially protruding extensions between the magnetic poles, between which the rotor magnets are positioned tangentially.
  • the holding contours limit tangential misalignment of the rotor magnets.
  • the rotor packs are arranged directly or immediately adjacent to one another.
  • the front sides of adjacent rotor packs therefore touch one another.
  • the holding contours of a rotor pack form an axial stop for the rotor magnets of an adjacent rotor pack.
  • the interleaved or offset arrangement of the rotor packs results in an axial limitation between the rotor packs when viewed from the front along the axial direction by the radially protruding holding contours underneath.
  • the rotor magnets of a rotor pack are thus supported axially on the holding contours of the adjacent rotor pack on the front side.
  • the offset, immediate and direct arrangement and the holding contours mean that an intermediate element (intermediate ring) arranged between the rotor packs for offsetting the rotor packs is no longer required, which means that a magnetic flux between the rotor packs is not interrupted by an air gap (or an intermediate element). This creates a particularly suitable rotor assembly for an electric motor.
  • the rotor magnets are axially enclosed between a holding contour of an adjacent rotor pack and one of the front-side magnet positioning rings.
  • the rotor magnets of the rotor packs on the inside of the pack are axially enclosed between the holding contours of the adjacent rotor packs.
  • an axial form fit is achieved between the holding contours or the holding contours and a magnet positioning ring.
  • the rotor magnets are thus held tangentially by the holding contours of the associated rotor pack and at least on one end face axially by the holding contours of an adjacent rotor pack and optionally on the other end face axially and radially by a magnet positioning ring, with the magnet fixing sleeve fixing the rotor magnets in a form-fitting and/or force-fitting manner, in particular in the radial direction.
  • the rotor magnets are arranged on the rotor packs in a stable and reliable manner.
  • the rotor magnets are held or fastened to the casing or contact surfaces of the rotor packs without any material bond.
  • a material bond-free, tangential, radial and axial alignment and holding of the rotor magnets is achieved in the assembly of the rotor packs.
  • the angle of inclination is dimensioned such that the holding contours of adjacent rotor packs are arranged in the axial direction with as little overlap or overlap as possible. This ensures a particularly large axial support surface of the holding contours for the rotor magnets of the adjacent rotor pack.
  • material bond or a “material bond” between at least two interconnected parts is understood here and below to mean in particular that the interconnected parts are held together at their contact surfaces by material union or cross-linking, for example due to atomic or molecular bonding forces, possibly under the effect of an additive.
  • material bond-free refers to a holding or fastening of the parts in the absence or lack of such a "material bond” or a “material bond”.
  • the holding contours are designed to be trapezoidal or dovetail-shaped in cross-section. The side walls of the holding contours are oriented in particular along the radial direction.
  • the holding contours only provide a positive connection in the tangential direction for the rotor magnets of the associated rotor package. This enables a simple and cost-effective construction of the rotor packages or the laminated core stack layers. Furthermore, a particularly simple and collision-free insertion or fitting of the rotor magnets is possible.
  • the rotor assembly or the rotor or the package assembly has exactly two rotor packages. This ensures a particularly compact rotor assembly.
  • the holding contours extend essentially over the entire axial height of the respective rotor package.
  • the holding contours extend essentially without interruption, so that a stable and large-area tangential holder for the rotor magnets of the respective rotor package is realized.
  • the rotor packages are designed as punched laminated core packages, this means that essentially all rotor sheets are provided with the holding contours, and that the holding contours are arranged axially aligned and stacked on top of one another. This improves the stability of the holding contours in the axial direction, so that a particularly stable axial stop or axial contact surface is realized for the rotor magnets of the adjacent rotor package.
  • the magnet positioning rings have holding webs that protrude axially in the direction of the rotor packs, which in the joined state each rest radially in sections on a free end of a holding contour, and which each overlap two adjacently arranged rotor magnets tangentially in the radial direction.
  • the holding webs thus realize the radial form-fitting of the magnet positioning rings for the rotor magnets.
  • the arrangement of the holding contour and holding webs is essentially T-shaped, with the holding contour forming the vertical T-leg and the holding web forming the horizontal T-leg.
  • the method according to the invention is intended for producing a rotor assembly described above and is suitable and designed for this purpose.
  • a rotor shaft, at least two rotor packages, a number of rotor magnets, two magnet positioning rings and a magnet fixing sleeve are provided.
  • the rotor packages each have holding contours for tangentially holding the rotor magnets, which protrude radially from the outer circumference of the respective rotor package.
  • a first rotor package is joined to the rotor shaft in a first method step.
  • the first rotor package is pressed axially onto the rotor shaft in a form-fitting and/or force-fitting manner using a press fit.
  • one of the magnet positioning rings is arranged or placed on the front side of the first rotor package.
  • the first rotor package is fitted with a number of rotor magnets.
  • the rotor magnets are inserted tangentially and form-fittingly into the magnet holders formed between the holding contours.
  • the rotor magnets are secured against axial and radial slipping out by the magnet positioning ring.
  • the second rotor package is joined to the rotor shaft in a fourth process step.
  • the second rotor package is pressed axially onto the rotor shaft using a press fit in a form-fitting and/or force-fitting manner.
  • the second rotor package is applied or pulled onto the rotor shaft at a tangential angle to the first rotor package, so that the second rotor package is arranged offset or twisted to the first rotor package.
  • the second rotor package is provided with the rotor shaft such that the first and second rotor packages are in direct or immediate axial contact with one another at the front.
  • the defined twist or angle of inclination is set directly in the process, for example with a servo axis, so that a particularly high angular accuracy between the rotor packages is guaranteed.
  • the higher angular accuracy of the tangential angle of inclination between the rotor packages results in a particularly low cogging torque of the rotor or the rotor assembly. In particular, this reduces torque ripple during operation of the rotor, which has a beneficial effect on the acoustic properties of the rotor or an electric motor equipped with it.
  • the second rotor package is equipped with a number of rotor magnets.
  • the rotor magnets are inserted or placed into the magnet receptacles formed between the holding contours of the second rotor package and axially limited by the holding contours of the adjacent rotor package, so that the rotor magnets sit tangentially between the holding contours of the second rotor package and are supported axially on the holding contours of the adjacent rotor package.
  • the fourth and fifth process steps are repeated for each additional rotor stack.
  • the other magnet positioning ring is arranged or placed on the axially outermost second rotor stack so that the rotor magnets of this rotor stack are held axially and radially in a form-fitting manner by the magnet positioning ring.
  • the magnet fixing sleeve is placed or pulled onto the assembled rotor packs. This creates a particularly suitable process for producing a rotor assembly.
  • the magnet fixing sleeve is pressed axially onto the rotor packs and rotor magnets.
  • a press-fit connection is created between the magnet fixing sleeve and the rotor magnets.
  • the rotor magnets are held radially by a funnel when a rotor package is fitted.
  • the funnel thus ensures that the rotor magnets do not slide radially out of the magnet holders in an undesirable manner.
  • a (holding) ring is also conceivable.
  • the rotor magnets are secured at a lower end by the magnet positioning ring against axial and radial slipping out, with the funnel securing the rotor magnets in particular at an upper end, i.e. at a front side opposite the magnet positioning ring.
  • the funnel secures the rotor magnets in particular at a lower end, with the upper end being held by the second magnet positioning ring in the sixth process step.
  • the funnel is removed when the magnetic fixing sleeve is put on.
  • the funnel is moved away essentially at the same time as the magnetic fixing sleeve is put on. This ensures that the magnetic fixing sleeve is applied without collision.
  • the rotor assembly described above is part of an electric motor.
  • the electric motor according to the invention is particularly suitable and designed for a power steering system of a motor vehicle.
  • the electric motor has a stator and a rotor shaft which is mounted so as to be rotatable relative to the stator and on which the rotor packages of the rotor are fixedly supported.
  • the rotor packages of the rotor are arranged offset from one another along the rotor shaft.
  • the electric motor is particularly preferably designed as a brushless electric motor in the manner of an internal rotor.
  • the electric motor When used for power steering, the electric motor is arranged in the area of a driver's cab, whereby the rotor according to the invention ensures particularly smooth motor operation, since a particularly high angular accuracy of the setting of the rotor packages is ensured. This advantageously and easily reduces the noise generated by the electric motor, which has a beneficial effect on the user comfort of the motor vehicle.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an electric motor power steering system of a motor vehicle
  • Fig. 2 shows a perspective view of a rotor assembly of the power steering
  • Fig. 3 shows a perspective view of a rotor of the rotor assembly
  • Fig. 4 shows a perspective view of a rotor package of the rotor
  • Fig. 5 shows a perspective view of a magnet positioning ring of the rotor
  • Fig. 6 shows a detail of the rotor in the area of the magnet positioning ring in plan view
  • Fig. 7 shows a central region of the rotor in perspective
  • Fig. 8 shows the rotor assembly in perspective sectional view.
  • Fig. 1 shows in a schematic and simplified manner a motor vehicle 2 with a steering wheel 4 and with a steering gear 6 coupled thereto for moving wheels of the motor vehicle 2 (not shown in detail).
  • an electromotive power steering 8 is provided between the steering wheel 4 and the steering gear 6.
  • the power steering 8 is mechanically coupled on the one hand to a steering column 10 coupled to the steering wheel 4 and on the other hand to a steering gear 6.
  • the power steering 8 has two rotation sensors 12, 14 and a
  • the steering wheel 1 has a torsion bar 16 arranged between rotation sensors 12 and 14.
  • the rotation sensors 12, 14 are coupled to a controller 18 in terms of signals.
  • the controller 18 is also guided to an electric motor 20, which is coupled to the steering gear 6 in terms of drive.
  • the steering column 10 If a vehicle user turns the steering wheel 4 using a steering force, the steering column 10 is turned or rotated accordingly. This deflects the torsion bar 16, which is detected by the rotation sensors 12 and 14.
  • the rotation sensors 12 and 14 send corresponding measurement signals to the controller 18, which controls and/or regulates the electric motor 20 depending on the measurement signals.
  • the electric motor 20 generates a rectified auxiliary force to support the steering force in order to move the steering gear 6.
  • the rotor assembly 22 has a central rotor shaft 24 and a rotor 26 and a sleeve- or cuff-like magnet fixing sleeve 28.
  • the rotor 26 shown individually in Fig. 3 is in this embodiment designed in two parts with two offset rotor packs (individual packs) 30, wherein a number of permanent magnet rotor magnets 32 are arranged on each of the rotor packs 30.
  • the rotor magnets 32 are provided with reference numerals in the figures merely as an example.
  • the rotor 26 designed as an SPM rotor or each of the (SPM) rotor packages 30 is joined to the rotor shaft 24 oriented along an axial direction A in a shaft-fixed manner.
  • the rotor packages 30 shown individually in Fig. 4 have a central through-opening 34, by means of which the rotor packages 30 are joined to the rotor shaft 24 in a force-locking and/or form-locking manner by means of a press fit.
  • the offset of the adjacent rotor packages 30 is only realized by the joining connection, in particular by the press fit, with the rotor shaft 24.
  • the adjacent rotor packages 30 are connected to a defined angle of inclination, i.e. a tangential angular offset, is applied to the rotor shaft 24.
  • the approximately cylindrical rotor packages 30 are designed, for example, as punched laminated core packages (rotor laminated core packages) with a number of rotor sheets stacked or layered along the axial direction A.
  • the rotor packages 30 have a substantially equilateral octagonal base area.
  • the base area is therefore, for example, an octagon, so that the outer surface has eight contact surfaces 36 of equal area for the rotor magnets 32 along a tangential or azimuthal direction T.
  • Each rotor package 30 is therefore equipped with eight rotor magnets 32.
  • the rotor magnets 32 have a loaf-shaped cross-section (see, for example, Fig. 6), with the flat contact surface being placed on the contact surfaces 36 so that the curved surface protrudes outwards.
  • the rotor packages 30 each have eight recesses 38 that pass through the respective laminated core.
  • the recesses 38 are distributed evenly around the respective central through-opening 34 along the tangential direction T.
  • the recesses 38 have an approximately drop-shaped or diamond-shaped cross-sectional shape, with the respective tip oriented towards a center line of the respective contact surface for the rotor magnets 32.
  • the recesses 38 are provided with reference numerals in the figures merely as an example.
  • the rotor packages 30 have holding contours 40 that protrude radially from the outer circumference for tangentially holding the rotor magnets 32.
  • the holding contours 40 are thus arranged as radial separating webs between the tangentially distributed rotor magnets 32.
  • the holding contours 40 thus limit the contact surfaces 36 and reduce tangential misalignment of the rotor magnets 32.
  • the holding contours 40 have a trapezoidal or dovetail-shaped cross-sectional shape.
  • the holding contours 40 extend essentially over the entire axial height of the respective rotor package 30.
  • the loaf-shaped rotor magnets 32 are seated in the magnet holder in a form-fitting manner.
  • the holding contours 40 preferably only realize a tangential form-fitting connection for the rotor magnets 32.
  • two magnet positioning rings 42 are provided for axially and in particular radially securing the rotor magnets 32, which are placed on the outer end faces of the rotor packs 30 arranged next to one another in the joined or assembled state.
  • the rotor packs 30 lie directly or immediately axially against one another on the end faces facing one another.
  • the magnet positioning rings 42 shown individually in Fig. 5 each have a circular ring-shaped ring body 44.
  • the ring body 44 protrudes radially from the respective rotor pack 30.
  • the ring body 44 of the magnet positioning rings 42 protrudes from the rotor packs 30 along a radial direction R.
  • the ring body 44 has a radial width which is slightly smaller than the common radial dimension of the rotor pack 30 and the rotor magnets 32.
  • the ring body 44 therefore does not protrude from the rotor magnets 32 arranged on the outer surface of the rotor packs 30 along the radial direction R.
  • the vertices or vertex regions of the loaf-shaped rotor magnets 32 form the radially outermost points of the rotor 26.
  • the ring body 44 has a central circular opening for the passage of the rotor shaft 24.
  • the circular opening has an eight-pointed star shape as an inner contour, whereby eight radially inwardly projecting tooth extensions 46 are exposed on the ring body 44 on the radial inside.
  • the ring body 44 On the flat side facing the rotor packs 30, the ring body 44 has eight retaining webs 48 and eight retaining extensions 50, which are formed axially upwards on the ring body 44.
  • the retaining extensions 50 and retaining webs 48 are one-piece, i.e. one-piece or monolithically, formed onto the ring body 44.
  • the retaining webs 48 and retaining extensions 50 are provided with reference numerals in the figures merely as examples.
  • the holding extensions 50 are each formed on the radially inner tooth tips of the tooth extensions 46.
  • the pin-, cylinder-, or bolt-shaped holding extensions 50 of the magnet positioning ring 42 engage in the recesses 38 of the respective facing rotor package 30.
  • the drop or diamond shape of the recesses 38 acts like a centering aid when joining the magnet positioning ring 42 to the rotor packages 30. This means that the magnet positioning ring 42 engages axially in the respective associated rotor package 30 at least in sections by means of the holding extensions 50.
  • the holding webs 48 are arranged tangentially distributed on the outer edge or outer circumference of the ring body 44.
  • the holding webs 48 are arranged tangentially offset from the holding extensions 50, so that the holding webs 48 are placed radially on the outside of the holding contours 40 of the rotor package 30.
  • the tangential holding webs 48 each rest radially in sections on a free end of a holding contour 40.
  • the holding webs 48 which are approximately trapezoidal in cross section, thus form approximately a T-shape with the holding contours 40 for radially holding the rotor magnets 32, with the radial holding contour 40 forming the vertical T-leg and the tangential holding web 48 forming the horizontal T-leg.
  • the holding webs 48 partially overlap the rotor magnets 32 arranged adjacent to the holding web 48 in the radial direction.
  • the holding extensions 48 rest against the radially outer contour of the loaf-shaped rotor magnets 32 in such a way that the rotor magnets 32 are at least partially and radially enclosed in these contact areas.
  • the rotor magnets 32 are held in a form-fitting manner along the tangential direction T by means of the holding contours 40 and in a form-fitting manner along the radial direction R by means of the holding webs 48, with the ring body 44 realizing an axial limitation to the rotor package front side.
  • the ring body 44 of the magnet positioning ring 42 is clamped radially in a force-fitting and/or form-fitting manner to the rotor package 30 by the holding extensions 50 engaging in the recesses 38 and the holding webs 48 resting on the free ends of the holding contours 40.
  • the rotor packs 30 are arranged directly or directly adjacent to one another on the rotor shaft 24.
  • the front sides of the adjacent rotor packs 30 thus have a mechanical contact.
  • the crossed or offset arrangement of the rotor packs 30 results in an axial limitation between the rotor packs 30 when viewed from the front along the axial direction A by the radially protruding retaining contours 40 underneath.
  • the retaining contours 40 of one rotor pack 30 thus form an axial stop for the rotor magnets 32 of the other rotor pack 30 and vice versa.
  • the magnet fixing sleeve 28 for fixing the rotor magnets 32 is placed or pressed onto the rotor packages 30 or the package assembly - as can be seen in Fig. 8, for example.
  • the magnet fixing sleeve 28 is designed as a tubular, hollow cylinder, sleeve or cuff-shaped (covering or holding) casing.
  • the magnet fixing sleeve 28 can be designed as a deep-drawn (stainless) steel part or aluminum part.
  • the magnet fixing sleeve 28 is placed axially as a magnet cover on the rotor 26, and thus on the rotor magnets 32.
  • the placement takes place in particular by means of an axial press fit, wherein preferably only the rotor magnets 32 are in mechanical (touch) contact with the magnet fixing sleeve 28.
  • the magnet fixing sleeve 28 has a certain oversize along the axial direction A with regard to the axial height of the package assembly. This means that the magnet fixing sleeve 28 has two front-side collar areas (front sides) 52. The collar areas 52 are formed after the press-fit of the Magnet fixing sleeve 28 is bent radially inwards (crimped), and thus the
  • Magnet fixing sleeve 28 is axially positively secured to the rotor 26.
  • the rotor magnets 32 of the rotor assembly 22 are thus held in a form-fitting manner tangentially by the holding contours 40 of the associated rotor packet 30 and axially on one end face by the holding contours 40 of the adjacent rotor packet 30 and axially and radially on the other end face by a magnet positioning ring 42.
  • the magnet fixing sleeve 28 is pulled onto the equipped rotor 26, by means of which the rotor magnets 32 are fixed in a form-fitting and/or force-fitting manner, in particular in the radial direction.
  • the rotor magnets 32 are held on the rotor packets 30 in a stable and reliable manner and without any material bond.
  • a method for manufacturing the rotor assembly 22 is explained in more detail below. According to the method, the rotor shaft 24, the two rotor packs 30, sixteen (16) rotor magnets 32, two magnet positioning rings 42, and a magnet fixing sleeve 28 are provided.
  • a first rotor package 30 is joined to the rotor shaft 24.
  • the first rotor package 30 is pressed axially onto the rotor shaft 24 in a form-fitting and/or force-fitting manner by means of the through-opening 34 using a press fit.
  • one of the magnet positioning rings 42 is arranged or placed on the outer end face of the first rotor package 30.
  • the first rotor package 30 is fitted with eight rotor magnets 32.
  • the rotor magnets 32 are inserted tangentially in a form-fitting manner into the magnet receptacles formed between the holding contours 40.
  • the rotor magnets 32 are secured against axial and radial slipping out by the magnet positioning ring 42.
  • the rotor magnets 32 are secured against axial and radial slipping out at a lower end by the magnet positioning ring 42, with a funnel Rotor magnets 32 are held in place, in particular at an upper end, i.e. at a front side opposite the magnet positioning ring 42, or secured against slipping out.
  • the second rotor package 30 is joined to the rotor shaft 24 in a fourth process step.
  • the second rotor package 30 is pressed axially onto the rotor shaft 24 in a form-fitting and/or force-fitting manner by means of the through-opening 34 using a press fit.
  • the second rotor package 30 is applied or pulled onto the rotor shaft 24 at a tangential angle to the first rotor package 30, so that the second rotor package 30 is arranged offset or rotated to the first rotor package 30.
  • the second rotor package 30 is joined to the rotor shaft 24 in such a way that the rotor packages 30 are directly or immediately axially in contact with one another at the end.
  • the defined angle of rotation or offset is preferably set directly with a servo axis in the process, so that a particularly high angular accuracy between the rotor packages 30 is guaranteed.
  • the second rotor package 30 is equipped with eight rotor magnets 32.
  • the rotor magnets 32 are inserted or placed in the magnet receptacles formed between the holding contours 40 of the second rotor package 30 and axially delimited by the holding contours 40 of the first rotor package 30, so that the rotor magnets 32 are seated tangentially between the holding contours 40 of the second rotor package 30 and are supported axially on the holding contours 40 of the respective first rotor package 30.
  • the funnel is moved to the second rotor package 30, so that the funnel secures the rotor magnets 32 of the second rotor package 30, in particular at a lower end.
  • the other magnet positioning ring 42 is arranged or placed on the second rotor package 30, so that the rotor magnets 32 of this rotor package 30, in particular at an upper end, are held axially and radially in a form-fitting manner by the magnet positioning ring 42.
  • the magnet fixing sleeve 28 is pressed onto the equipped rotor packages 30 and the collar areas 52 are bent radially inwards.
  • the funnel is moved away or removed essentially at the same time as the magnet fixing sleeve 28 is pulled on.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rotorbaugruppe (22) für einen Elektromotor (20), aufweisend eine entlang einer Axialrichtung (A) gerichtete Rotorwelle (24), mindestens zwei Rotorpaketen (30), welche entlang der Rotorwelle (24) koaxial und geschränkt zueinander angeordnet sind, wobei die Rotorpakete (30) jeweils mit einer Anzahl von Rotormagneten (32) bestückt sind, welche tangential verteilt an den Mantelflächen der Rotorpakete (30) angeordnet sind, zwei Magnetpositionierungsringe (42) zur axialen und radialen formschlüssigen Halterung der Rotormagnete (32) an den Rotorpaketen (30), welche an den gegenüberliegenden Stirnseiten der jeweils äußersten Rotorpakete (30) angeordnet sind, und eine auf die Rotorpakete (30) aufgesetzte Magnetfixierungshülse (28) zur Fixierung der Rotormagnete (32), wobei die Rotorpakete (30) unmittelbar aneinander anliegen, wobei die Rotorpakete (30) Haltekonturen (40) zur tangentialen Halterung der Rotormagnete (32) aufweisen, welche dem Außenumfang des jeweiligen Rotorpakets (30) radial überstehen, und wobei die Haltekonturen (40) eines Rotorpakets (30) einen axialen Anschlag für die Rotormagnete (32) eines benachbart angeordneten Rotorpakets (30) bilden.

Description

Beschreibung
Rotorbaugruppe für einen Elektromotor
Die Erfindung betrifft eine Rotorbaugruppe für einen Elektromotor, aufweisend eine entlang einer Axialrichtung gerichtete Rotorwelle und mindestens zwei Rotorpakete, welche entlang der Rotorwelle koaxial und geschränkt zueinander angeordnet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Rotorbaugruppe und einen Elektromotor mit einer solchen Rotorbaugruppe.
Heutzutage weisen Kraftfahrzeuge typischerweise eine Servolenkung auf, welche eine Lenkkraft, die zu einer Betätigung eines Lenkrads bei einem Lenken im Stillstand oder im Falle niedriger Fahrzeuggeschwindigkeiten benötigt wird, reduziert. Die Servolenkung unterstützt hierbei einen Kraftfahrzeugnutzer beim Lenken, indem die von dem Fahrzeugnutzer aufgebrachte Lenkkraft beispiels-weise mit einem Hydrauliksystem oder mit einem Elektromotor unterstützt wird.
Bei einer elektromotorischen Servolenkung (EPS: Electric Power Stearing, EPAS: Electric Power Assisted Stearing) unterstützt und überlagert ein an der Mechanik des Lenkrads (Lenksäule, Lenkgetriebe) angeordneter Elektromotor die Lenkbewegungen des Kraftfahrzeugnutzers mit einer erzeugten Hilfskraft. Für derartige elektromotorische Antriebe werden zunehmend häufiger sogenannte bürstenlose Elektromotoren (bürstenloser Gleichstrommotor, BLDC-Motor) eingesetzt, bei denen die verschleißanfälligen Bürsten eines starren (mechanischen) Kommutators durch eine elektronische Kommutierung des Motorstroms ersetzt sind.
Ein derartiger bürstenloser Elektromotor als elektrische Drehstrommaschine weist prinzipiell einen feststehenden (stationären) Stator mit einer elektrischen Drehfeldwicklung auf, welche mit einem mehrphasigen Drehstrom bestromt wird. Die Phasen des erzeugten Drehstroms und des zugehörigen Drehfeldes werden als (Motor-)Phasen bezeichnet. Im übertragenen Sinne werden hierunter auch die jeweils einer solchen Phase zugeordneten Statorspulen (Phasenwicklung) mit den zugehörigen Verbindungsleitungen (Phasenende) verstanden. Die Phasen sind hierbei beispielsweise in einem Sternpunkt einer Sternschaltung miteinander verschaltet.
Im Falle eines bürstenlosen Elektromotors als dreiphasige Drehstrommaschine weist der Stator bzw. dessen Drehfeldwicklung drei Phasen und damit zumindest drei Phasenleiter oder Phasenwicklungen auf, welche jeweils phasenversetzt mit einem elektrischen Strom beaufschlagt werden, um ein magnetisches Drehfeld zu erzeugen, in dem ein üblicherweise mit Permanentmagneten versehener, auch als Läufer bezeichneter Rotor um dessen Achse dreht (rotiert).
Der Rotor weist in der Regel ein insbesondere zylindrisches, stanzpaketiertes (Ro- tor-)Blechpaket als zentrales Rotorpaket auf. Das Rotorpaket ist hierbei beispielsweise wellenfest mit einer Rotor- oder Motorwelle des Elektromotors gefügt. Bei einem Oberflächen-Permanentmagnet Rotor (engl.: Surface Permanent Magnet Rotor), auch als SPM-Rotor bezeichnet, sind die Rotormagnete an einem Außenumfang einer Mantelfläche des Rotorpakets befestigt oder gehalten. Zu diesem Zwecke ist es beispielsweise denkbar, dass die Permanentmagnete stoffschlüssig, insbesondere mittels eines Klebers oder Epoxids, an die Mantelfläche gefügt sind. Ebenso denkbar sind Haltevorrichtungen zur stoffschlussfreien Befestigung und/oder Halterung der Permanentmagnete an der Mantelfläche.
Der Rotor ist beispielsweise in einen gezahnten Stator, mit einer Anzahl von radial gerichteten Statorzähnen und Statornuten, angeordnet. Die Drehfeldwicklung ist hierbei insbesondere auf die Statorzähne aufgebracht. Im Betrieb des Elektromotors wird der magnetische Widerstand zwischen Rotor und Stator durch eine Änderung des Luftspalts bei einem Wechsel von Statorzahn auf Statornut gegenüber den Permanentmagneten variiert, wodurch die Kraft auf den Rotor beeinflusst wird. Dadurch wird ein sogenanntes Rastmoment (cogging torque) bewirkt, welches zu einem schwankenden, unruhigen Motorbetrieb und somit zu einer Geräuschentwicklung führt.
Zur Rastmomentreduzierung von Elektromotoren als permanent erregte elektrische Maschinen werden insbesondere im Falle von langen Aktivteillängen Rotoren verwendet, bei welchen die Rotormagnete entlang der Axialrichtung oder der Rotorwelle geschränkt zueinander angeordnet sind. Dies bedeutet, dass axial übereinander angeordnete oder gestapelte Rotormagnete zueinander in Tangentialrichtung (Umfangsrichtung/Azimutalrichtung) versetzt angeordnet sind. Eine derartige Schränkung oder geschränkte Anordnung der Rotormagnete wirkt sich vorteilhaft auf eine Reduzierung des Rastmoments und somit auf die Reduzierung eines Drehmomentripples, also auf eine Drehmomentwelligkeit, des Elektromotors aus. Dies überträgt sich in der Folge vorteilhaft auf eine Reduzierung des Laufgeräuschs im Betrieb des Elektromotors. Mit anderen Worten wird somit eine Geräuschentwicklung reduziert, wodurch wiederum die akustischen Eigenschaften des Rotors und des Elektromotors verbessert werden, was insbesondere in dessen Anwendungen nahe einem Fahrzeuginnenraum wünschenswert ist.
Zur vereinfachten Montage des Rotors ist beispielsweise eine sogenannte diskrete Schränkung möglich, bei welcher eine Anzahl von mit Rotormagnete bestückten (Einzel-)Rotorpaketen entlang der Rotorwelle koaxial zueinander angeordnet und zueinander oder gegeneinander geschränkt werden. Dies bedeutet, dass die Rotorpakete jeweils mit einem tangentialen Winkelversatz entlang der Axialrichtung gestapelt werden. Mit anderen Worten sind die mit Rotormagnete bestückten Rotorpakete zueinander in Tangentialrichtung um einen Schränkungswinkel versetzt oder gedreht. Dies bedeutet, dass entlang der Axialrichtung oder Rotorwelle von Rotorpaket zu Rotorpaket ein tangentialer Schränkungswinkel realisiert ist.
Bei der Montage des Rotors wird der Schränkungswinkel beispielsweise mechanisch im Zuge des wellenfesten Fügens der Rotorpakete erzeugt. Die erzeugten Schränkungswinkel unterliegen hierbei einer Vielzahl von Montageeinflüssen, wie beispielsweise Greifer, Bänder, Mechaniken oder Messungenauigkeiten, wodurch häufig Montageungenauigkeiten auftreten, welche zu Abweichungen der gewünschten Schränkungswinkel zwischen den Rotorpaketen führen. Dadurch wird das Rastmoment des Rotors beziehungsweise des Elektromotors nachteilig erhöht, wodurch eine größere Geräuschentwicklung im Betrieb auftritt.
Bei mehrteiligen, geschränkten Rotoren ist der Einsatz eines Zwischenelements (Zwischenrings) möglich, welcher zwischen den Rotorpaketen angeordnet ist, und die Rotormagnete stirnseitig zwischen den Rotorpaketen axial abstützt. Über dieses Zwischenelement soll formschlüssig auch der Verdreh- oder Schränkungswinkel zwischen den Rotorpaketen eingestellt werden. SPM-Rotorbaugruppen mit solchen Zwischenelementen sind beispielsweise aus der DE 10 2017 223 622 A1 und der EP 4 084 296 A1 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Rotorbaugruppe eines Elektromotors anzugeben. Insbesondere soll eine diskret geschränkte Rotorbaugruppe mit einem verbesserten Magnetfluss zwischen den Rotorpaketen realisiert werden. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung einer Rotorbaugruppe sowie einen besonders geeigneten Elektromotor anzugeben.
Hinsichtlich der Rotorbaugruppe wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 6 sowie hinsichtlich des Elektromotors mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche (Unteransprüche). Die im Hinblick auf die Rotorbaugruppe angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Verfahren und/oder den Elektromotor übertragbar und umgekehrt.
Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.
Die erfindungsgemäße Rotorbaugruppe ist für einen Elektromotor, insbesondere für eine Servolenkung eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen sowie dafür geeignet und eingerichtet. Die Rotorbaugruppe weist hierbei eine Rotorwelle und einen Rotor mit zwei Magnetpositionierungsringe und eine hülsen- oder manschettenartige Magnetfixierungshülse auf. Der Rotor ist mehrteilig mit mindestens zwei Rotorpaketen (Einzelpaketen) ausgeführt, wobei an den Rotorpaketen jeweils eine Anzahl von Rotormagneten angeordnet ist. Die Rotormagnete sind vorzugsweise Permanentmagnete.
Unter „axial“ oder einer „Axialrichtung“ wird hier und im Folgenden insbesondere eine Richtung parallel (koaxial) zur Rotorwelle, also senkrecht zu den Stirnseiten des Rotors verstanden. Entsprechend wird hier und im Folgenden unter „radial“ oder einer „Radialrichtung“ insbesondere eine senkrecht (quer) zur Rotorwelle orientierte Richtung entlang eines Radius des Rotors beziehungsweise der Rotorpakete verstanden. Unter „tangential“ oder einer „Tangentialrichtung“ wird hier und im Folgenden insbesondere eine Richtung entlang des Umfangs des Rotors oder der Rotorpakete (Umfangsrichtung, Azimutalrichtung), also eine Richtung senkrecht zur Axialrichtung und zur Radialrichtung, verstanden.
Der Rotor beziehungsweise jedes der Rotorpakete ist mit der entlang der Axialrichtung orientierten Rotorwelle wellenfest gefügt. Hierzu weisen die Rotorpakete insbesondere eine zentrale Durchführöffnung auf, mittels welcher die Rotorpakete vorzugsweise kraft- und/oder formschlüssig - beispielsweise mittels eines Press- fits - mit der Rotorwelle gefügt werden. Die Schränkung der benachbarten Rotorpakete ist hierbei insbesondere lediglich durch die Fügeverbindung, insbesondere durch den Pressfit, mit der Rotorwelle realisiert. Mit anderen Worten sind die benachbarten Rotorpakete mit einem definierten Schränkungswinkel, also einen tangentialen Winkelversatz, auf die Rotorwelle aufgebracht.
Unter „Kraftschluss“ oder „kraftschlüssige Verbindung“ zwischen mindestens zwei miteinander verbundenen Teilen wird hier und im Folgenden insbesondere verstanden, dass die miteinander verbundenen Teile aufgrund einer zwischen ihnen wirkenden Reibkraft gegen ein Abgleiten aneinander gehindert sind. Fehlt eine diese Reibkraft hervorrufende „Verbindungskraft“, das bedeutet diejenige Kraft, welche die Teile gegeneinander drückt, kann die kraftschlüssige Verbindung nicht aufrecht erhalten und somit gelöst werden.
Unter einem „Formschluss“ oder einer „formschlüssigen Halterung/Verbindung“ zwischen wenigstens zwei miteinander verbundenen Teilen wird hierbei und im Folgenden insbesondere verstanden, dass der Zusammenhalt der miteinander verbundenen Teile zumindest in einer Richtung durch ein unmittelbares Ineinandergreifen von Konturen der Teile selbst oder durch ein mittelbares Ineinandergreifen über ein zusätzliches Verbindungsteil erfolgt. Das „Sperren“ einer gegenseitigen Bewegung in dieser Richtung erfolgt also formbedingt.
Die insbesondere zylindrischen Rotorpakete sind vorzugsweise als stanzpake- tierte Blechpakete (Rotorblechpakete) mit einer Anzahl von entlang der Axialrichtung gestapelten oder geschichteten Rotorblechen ausgebildet. Die Rotorpakete sind entlang der Rotorwelle koaxial zueinander angeordnet oder gestapelt und geschränkt zueinander angeordnet. Die Rotorpakete bilden somit einen Paketverbund.
Die Rotorpakete sind jeweils mit einer Anzahl von Rotormagneten bestückt, welche tangential verteil an den jeweils äußeren Mantelflächen der Rotorpakete angeordnet sind. Die Rotorpakete weisen hierbei insbesondere eine im Wesentlichen gleichseitige polygonale oder mehreckige Grundfläche auf, sodass die Mantelfläche entlang der Tangential- oder Azimutalrichtung, also entlang des Außenumfangs, eine Anzahl von gleichflächigen Anlageflächen für die Permanentmagnete aufweist. Die Rotormagnete sind somit als Oberflächenmagnete ausgeführt, wobei der Rotor beziehungsweise die Rotorbaugruppe in SPM-Bauweise ausgeführt ist. Die Rotormagnete weisen beispielsweise eine rechteckige oder quaderförmige, vorzugsweise eine brotlaib- oder schalenförmige, Querschnittsform auf.
An den Stirnseiten des Rotors, also an den Stirnseiten der äußersten Rotorpakete ist jeweils ein Magnetpositionierungsring als Haltering vorgesehen, welcher die Rotormagnete gegen ein ungewünschtes axiales und radiales Herausgleiten sichert. Die Magnetpositionierungsringe halten die Rotormagnete entlang der Radial- und Tangentialrichtung stoffschlussfrei, insbesondere formschlüssig, an den Mantelflächen der Rotorpakete.
Auf die Rotorpakete beziehungsweise auf den Paketverbund ist eine Magnetfixierungshülse zur Fixierung der Rotormagnete aufgesetzt oder aufgepresst. Die Magnetfixierungshülse ist hierbei beispielsweise als ein rohr-, hohlzylinder-, hülsen-, oder manschettenförmiger (Abdeck- oder Halte-)Mantel ausgeführt. Die Magnetfixierungshülse kann hierbei als ein tiefgezogenes (Edel-)Stahlteil oder Aluminiumteil ausgeführt sein.
Die Magnetfixierungshülse ist als eine Magnetabdeckung axial auf den Paketverbund, und somit auf die Rotormagnete, aufgesetzt. Das Aufsetzen erfolgt hierbei insbesondere mittels eines axialen Pressfits, wobei ist es beispielsweise möglich ist, dass lediglich die Rotormagneten in einem mechanischen (Berührungs-)Kon- takt zu der Magnetfixierungshülse stehen. Mit anderen Worten erfolgt der Pressfit zur Befestigung der Magnetfixierungshülse insbesondere lediglich mittels Rotormagneten. Dies bedeutet, dass der Außenumfang der Rotormagnete größer dimensioniert ist, als der Außenumfang der Rotorpakete und/oder der Magnetpositionierungsringe, so dass die Rotormagnete beispielsweise radial an einem Scheitelpunkt mit der Magnetfixierungshülse gefügt sind. Dadurch werden die mechanischen Ansprüche hinsichtlich Stabilität und Festigkeit der Magnetpositionierungsringe vorteilhaft und einfach reduziert. Insbesondere ist es dadurch möglich, die Magnetpositionierungsringe als kostengünstige Kunststoff-Spritzgussteile auszuführen.
Die Magnetfixierungshülse weist entlang der Axialrichtung im Hinblick auf die axiale Höhe des Paketverbunds ein gewisses Übermaß auf. Dies bedeutet, dass die Magnetfixierungshülse zwei stirnseitige Kragenbereiche (Stirnseiten) aufweist, welche in einem an den Pressfit anschließenden Verfahrensschritt radial nach innen gebogen (gecrimpt) werden. Dies bedeutet, dass die Magnetfixierungshülse im Montagezustand den Paketverbund - und somit den Rotor - formschlüssig umgreift oder einfasst. Die Rotorpakete weisen Haltekonturen zur tangentialen Halterung der Rotormagnete auf, welche dem Außenumfang des jeweiligen Rotorpakets radial überstehen. Die Haltekonturen sind somit als radiale Trennstege zwischen den tangential verteilt angeordneten Rotormagneten angeordnet, wobei der Außenumfang der Haltekonturen vorzugsweise geringer dimensioniert ist als der Außenumfang der Rotormagnete. Die Rotorpakete weisen somit zwischen den magnetischen Polen oberflächlich radial emporstehende Fortsätze auf, zwischen welchen die Rotormagnete tangential positioniert sind. Durch die Haltekonturen wird eine tangentiale Fehlstellung der Rotormagnete begrenzt.
Erfindungsgemäß sind die Rotorpakete hierbei unmittelbar oder direkt aneinander anliegend angeordnet. Die Stirnseiten benachbarter Rotorpakete berühren sich daher. Hierbei bilden die Haltekonturen eines Rotorpakets einen axialen Anschlag für die Rotormagnete eines benachbart angeordneten Rotorpakets. Durch die verschränkte oder geschränkte Anordnung der Rotorpakete ergibt sich bei einer stirnseitigen Betrachtung entlang der Axialrichtung eine axiale Begrenzung zwischen den Rotorpaketen durch die darunterliegenden radial hervorstehenden Haltekonturen. Somit stützen sich die Rotormagnete eines Rotorpakets axial auf den Haltekonturen des jeweils stirnseitig benachbarten Rotorpakets ab. Durch die geschränkte unmittelbare und direkte Anordnung sowie durch die Haltekonturen entfällt im Gegensatz zum Stand der Technik ein zwischen den Rotorpaketen angeordnetes Zwischenelement (Zwischenring) zur Schränkung der Rotorpakete, wodurch ein Magnetfluss zwischen den Rotorpaketen nicht durch einen Luftspalt (bzw. ein Zwischenelement) unterbrochen wird. Dadurch ist eine besonders geeignete Rotorbaugruppe für einen Elektromotor realisiert.
Zur axialen Fixierung der Rotormagnete ist es somit insbesondere vorgesehen, dass die Rotormagnete axial zwischen einer Haltekontur eines benachbarten Rotorpakets und einem der stirnseitigen Magnetpositionierungsringe eingefasst sind. Bei Rotoren oder Rotorbaugruppen mit mehr als zwei Rotorpaketen, bei welchen im Verbund mehrere Rotorpakete sukzessive oder kaskadierend angeordnet sind, sind die Rotormagnete der paketinnenseitigen Rotorpakete axial zwischen den Haltekonturen der benachbarten Rotorpakete eingefasst. Insbesondere ist somit ein axialer Formschluss zwischen den Haltekonturen oder den Haltekonturen und einem Magnetpositionierungsring realisiert. Dies bewirkt eine wesentliche Vereinfachung bei der Montage von Rotoren mit axial gestapelten und zueinander (diskret) geschränkten Rotorpaketen. Dadurch ist eine besonders einfache und kostengünstige Montage der Rotorbaugruppe ermöglicht.
Die Rotormagnete sind somit tangential durch die Haltekonturen des zugeordneten Rotorpakets und zumindest an einer Stirnseite axial durch die Haltekonturen eines benachbarten Rotorpakets sowie gegebenenfalls an der anderen Stirnseite axial und radial durch einen Magnetpositionierungsring formschlüssig gehalten, wobei die Magnetfixierungshülse die Rotormagnete form- und/oder kraftschlüssig, insbesondere in Radialrichtung, fixiert. Dadurch sind die Rotormagnete stabil und betriebssicher an den Rotorpaketen angeordnet. Insbesondere sind die Rotormagnete stoffschlussfrei an den Mantel- oder Anlageflächen der Rotorpakete gehalten oder befestigt. Dadurch ist im Verbund der Rotorpakete eine stoffschlussfreie, tangentiale, radiale, und axiale Ausrichtung und Halterung der Rotormagnete realisiert.
Vorzugsweise ist der Schränkungswinkel hierbei derart dimensioniert, dass die Haltekonturen benachbarter Rotorpakete in Axialrichtung möglichst überlappungsfrei oder überschneidungsfrei angeordnet sind. Dadurch ist eine besonders große axiale Auflagefläche der Haltekonturen für die Rotormagnete des benachbarten Rotorpakets sichergestellt.
Unter „Stoffschluss“ oder einer „stoffschlüssigen Verbindung“ zwischen wenigstens zwei miteinander verbundenen Teilen wird hier und im Folgenden insbesondere verstanden, dass die miteinander verbundenen Teile an Ihren Kontaktflächen durch stoffliche Vereinigung oder Vernetzung, beispielsweise aufgrund von atomaren oder molekularen Bindungskräften, gegebenenfalls unter Wirkung eines Zusatzstoffes zusammengehalten werden. Entsprechend bezeichnet „stoffschlussfrei“ eine Halterung oder Befestigung der Teile in Abwesenheit oder das Fehlen eines solchen „Stoffschlusses“ oder einer „stoffschlüssigen Verbindung“. In einer geeigneten Weiterbildung sind die Haltekonturen im Querschnitt trapezförmig oder schwalbenschwanzförmig ausgeführt. Die Seitenwände der Haltekonturen sind hierbei insbesondere jeweils entlang der Radialrichtung orientiert. Vorzugsweise realisieren die Haltekonturen hierbei für die Rotormagnete des zugeordneten Rotorpakets lediglich einen Formschluss in tangentialer Richtung. Dadurch ist ein einfacher und kostengünstiger Aufbau der Rotorpakete beziehungsweise der Blechpaketstapellagen realisiert. Weiterhin ist ein besonders einfaches und kollisionsfreies Einsetzen oder Bestücken mit den Rotormagneten ermöglicht.
In einer denkbaren Ausgestaltung weist die Rotorbaugruppe beziehungsweise der Rotor oder der Paketverbund genau zwei Rotorpakete auf. Dadurch ist eine besonders bauraumkompakte Rotorbaugruppe gewährleistet.
In einer vorteilhaften Ausführung erstrecken sich die Haltekonturen im Wesentlichen über die komplette axiale Höhe des jeweiligen Rotorpakets. Insbesondere erstrecken sich die Haltekonturen im Wesentlichen unterbrechungsfrei, so dass eine stabile und großflächige tangentiale Halterung für die Rotormagnete des jeweiligen Rotorpakets realisiert ist. Bei einer Ausführung der Rotorpakete als stanzpa- ketierte Blechpakete bedeutet dies, dass im Wesentlichen alle Rotorbleche jeweils mit den Haltekonturen versehen sind, und dass die Haltekonturen hierbei axial fluchtend übereinander gestapelt angeordnet sind. Dadurch wird die Stabilität der Haltekonturen in Axialrichtung verbessert, so dass ein besonders stabiler axialer Anschlag oder axiale Anlagefläche für die Rotormagnete des benachbarten Rotorpakets realisiert ist.
Ein zusätzlicher oder weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Magnetpositionierungsringe in Richtung der Rotorpakete axial emporstehende Haltestege aufweisen, welche im Fügezustand jeweils abschnittsweise an einem Freiende einer Haltekontur radial anliegen, und welche jeweils abschnittsweise zwei benachbart angeordnete Rotormagnete tangential in radialer Richtung übergreifen. Die Haltestege realisieren somit den radialen Formschluss der Magnetpositionierungsringe für die Rotormagnete. Die Anordnung der Haltekontur und Haltestege ist hierbei im Wesentlichen T-förmig, wobei die Haltekontur den vertikalen T-Schen- kel und der Haltesteg den horizontalen T-Schenkel bildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Herstellung einer vorstehend beschriebenen Rotorbaugruppe vorgesehen sowie dafür geeignet und ausgestaltet. Verfahrensgemäß werden hierbei eine Rotorwelle, mindestens zwei Rotorpakete, eine Anzahl von Rotormagneten, zwei Magnetpositionierungsringe, und eine Magnetfixierungshülse bereitgestellt. Die Rotorpakete weisen hierbei jeweils Haltekonturen zur tangentialen Halterung der Rotormagnete auf, welche dem Außenumfang des jeweiligen Rotorpakets radial überstehen.
Verfahrensgemäß wird in einem ersten Verfahrensschritt ein erstes Rotorpaket mit der Rotorwelle gefügt. Insbesondere wird das erste Rotorpaket mittels eines Pressfits form- und/oder kraftschlüssig axial auf die Rotorwelle gepresst.
Anschließend wird in einem zweiten Verfahrensschritt einer der Magnetpositionierungsringe stirnseitig an dem ersten Rotorpaket angeordnet beziehungsweise aufgesetzt.
In einem dritten Verfahrensschritt wird das erste Rotorpaket mit einer Anzahl von Rotormagneten bestückt. Hierzu werden die Rotormagnete tangential formschlüssig in die zwischen den Haltekonturen gebildeten Magnetaufnahmen eingesetzt. Die Rotormagnete sind hierbei durch den Magnetpositionierungsring gegen ein axiales und radiales Herausgleiten gesichert.
Nach der Bestückung des ersten Rotorpakets wird in einem vierten Verfahrensschritt das zweite Rotorpaket mit der Rotorwelle gefügt. Insbesondere wird das zweite Rotorpaket mittels eines Pressfits form- und/oder kraftschlüssig axial auf die Rotorwelle gepresst. Das zweite Rotorpaket wird hierbei um einen Schränkungswinkel tangential verdreht zum ersten Rotorpaket auf die Rotorwelle aufgebracht oder aufgezogen, so dass das zweite Rotorpaket geschränkt oder verdreht zum ersten Rotorpaket angeordnet ist. Das zweite Rotorpaket ist hierbei derart mit der Rotorwelle gefügt, dass das erste und zweite Rotorpaket stirnseitig axial aneinander direkt oder unmittelbar anliegen.
Insbesondere wird in dem vierten Verfahrensschritt der definierte Verdreh- oder Schränkungswinkel beispielsweise direkt mit einer Servoachse im Prozess eingestellt, so dass eine besonders hohe Winkelgenauigkeit zwischen den Rotorpaketen gewährleistet ist. Durch die höhere Winkelgenauigkeit des tangentialen Schränkungswinkels zwischen den Rotorpaketen wird ein besonders niedriges Rastmoment des Rotors beziehungsweise der Rotorbaugruppe realisiert. Insbesondere werden somit Drehmomentripple im Betrieb des Rotors reduziert, was sich vorteilhaft auf die akustischen Eigenschaften des Rotors oder eines damit ausgestatteten Elektromotors überträgt.
In einem fünften Verfahrensschritt wird das zweite Rotorpaket mit einer Anzahl von Rotormagneten bestückt. Die Rotormagnete werden hierbei in die zwischen den Haltekonturen des zweiten Rotorpakets gebildeten und durch die Haltekonturen des benachbarten Rotorpakets axial begrenzten Magnetaufnahmen eingesetzt oder aufgesetzt, so dass die Rotormagnete tangential zwischen den Haltekonturen des zweiten Rotorpakets einsitzen und sich axial auf den Haltekonturen des jeweils benachbarten Rotorpakets abstützen.
Bei einem Rotor oder Paketverbund mit mehreren Rotorpaketen, also mehr als zwei, werden der vierte und fünfte Verfahrensschritt für jedes weitere Rotorpaket wiederholt. In einem anschließenden sechsten Verfahrensschritt wird an dem axial äußersten zweiten Rotorpaket der andere Magnetpositionierungsring angeordnet oder aufgesetzt, so dass die Rotormagnete dieses Rotorpakets axial und radial formschlüssig durch den Magnetpositionierungsring gehalten sind.
In einem abschließenden siebten Verfahrensschritt wird die Magnetfixierungshülse auf die bestückten Rotorpakete aufgesetzt oder aufgezogen. Dadurch ist ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung einer Rotorbaugruppe realisiert. In einer vorteilhaften Ausführung wird die Magnetfixierungshülse auf die Rotorpakete und Rotormagnete axial aufgepresst. Insbesondere wird hierbei eine Pressfit- Fügeverbindung zwischen der Magnetfixierungshülse und den Rotormagneten realisiert.
In einer geeigneten Weiterbildung werden die Rotormagnete bei einer Bestückung eines Rotorpakets radial von einem Trichter gehalten. Der Trichter stellt somit sicher, dass die Rotormagnete nicht ungewünscht radial aus den Magnetaufnahmen herausgleiten. Anstelle eines Trichters ist beispielsweise auch ein (Halte-)Ring denkbar.
Im dritten Verfahrensschritt werden die Rotormagnete an einem unteren Ende durch den Magnetpositionierungsring gegen ein axiales und radiales Herausgleiten gesichert, wobei der Trichter die Rotormagnete insbesondere an einem oberen Ende, also an einer dem Magnetpositionierungsring gegenüberliegenden Stirnseite, sichert. Im fünften Verfahrensschritt sichert der Trichter die Rotormagnete insbesondere an einem unteren Ende, wobei das obere Ende im sechsten Verfahrensschritt durch den zweiten Magnetpositionierungsring gehalten wird.
In einer geeigneten Ausgestaltung wird der Trichter beim Aufsetzen der Magnetfixierungshülse entfernt. Vorzugsweise wird der Trichter hierbei im Wesentlichen gleichzeitig zu dem Aufziehen der Magnetfixierungshülse weggefahren. Dadurch ist ein kollisionsfreies Aufbringen der Magnetfixierungshülse gewährleistet.
In einer bevorzugten Anwendung ist die vorstehend beschriebene Rotorbaugruppe ein Teil eines Elektromotors. Der erfindungsgemäße Elektromotor ist hierbei insbesondere für eine Servolenkung eines Kraftfahrzeugs geeignet und eingerichtet. Der Elektromotor weist einen Stator und eine gegenüber diesem drehbar gelagerte Rotorwelle auf, auf welcher die Rotorpakete des Rotors wellenfest getragen sind. Die Rotorpakte des Rotors sind geschränkt zueinander entlang der Rotorwelle angeordnet. Der Elektromotor ist hierbei besonders bevorzugt als ein bürstenloser Elektromotor nach Art eines Innenläufers ausgeführt. Bei einer Anwendung für eine Servolenkung ist der Elektromotor im Bereich einer Fahrerkabine angeordnet, wobei durch den erfindungsgemäßen Rotor ein besonders laufruhiger Motorbetrieb gewährleistet ist, da eine besonders hohe Winkelgenauigkeit der Schränkung der Rotorpakete gewährleistet ist. Dadurch wird eine Geräuschentwicklung des Elektromotors vorteilhaft und einfacher reduziert, was sich vorteilhaft auf den Benutzerkomfort des Kraftfahrzeugs überträgt.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine elektromotorische Servolenkung eines Kraftfahrzeugs,
Fig. 2 in perspektivischer Darstellung eine Rotorbaugruppe der Servolenkung, Fig. 3 in perspektivischer Darstellung einen Rotor der Rotorbaugruppe, Fig. 4 in perspektivischer Darstellung ein Rotorpaket des Rotors,
Fig. 5 in perspektivischer Darstellung ein Magnetpositionierungsring des Rotors, Fig. 6 in Draufsicht ausschnittsweise den Rotor im Bereich des Magnetpositionierungsrings,
Fig. 7 in perspektivischer Darstellung einen Mittenbereich des Rotors, und Fig. 8 in perspektivischer Schnittansicht die Rotorbaugruppe.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Fig. 1 zeigt in schematischer und vereinfachter Art und Weise ein Kraftfahrzeug 2 mit einem Lenkrad 4 und mit einem damit gekoppelten Lenkgetriebe 6 zur Bewegung nicht näher dargestellter Räder des Kraftfahrzeugs 2. Zur Reduzierung der benötigten Lenkkraft ist zwischen dem Lenkrad 4 und dem Lenkgetriebe 6 eine elektromotorische Servolenkung 8 vorgesehen.
Die Servolenkung 8 ist hierbei einerseits mit einer mit dem Lenkrad 4 gekoppelten Lenksäule 10 und andererseits mit einem Lenkgetriebe 6 mechanisch gekoppelt. Die Servolenkung 8 weist zwei Drehsensoren 12, 14 und einen zwischen den Drehsensoren 12 und 14 angeordneten Torsionsstab 16 auf. Die Drehsensoren 12, 14 sind signaltechnisch mit einem Controller 18 gekoppelt. Der Controller 18 ist weiterhin signaltechnisch an einen Elektromotor 20 geführt, welcher antriebstechnisch mit dem Lenkgetriebe 6 gekoppelt ist.
Dreht ein Fahrzeugnutzer das Lenkrad 4 mittels einer Lenkkraft wird die Lenksäule 10 entsprechend gedreht oder rotiert. Dadurch wird der Torsionsstab 16 ausgelenkt, was mittels der Drehsensoren 12 und 14 erfasst wird. Die Drehsensoren 12 und 14 senden entsprechende Messsignale an den Controller 18, welcher in Abhängigkeit der Messsignale den Elektromotor 20 ansteuert und/ oder regelt. Der Elektromotor 20 erzeugt im Betrieb unterstützend zur Lenkkraft eine gleichgerichtete Hilfskraft zur Bewegung des Lenkgetriebes 6.
Nachfolgend ist der Aufbau einer Rotorbaugruppe 22 des Elektromotors 20 anhand der Fig. 2 bis Fig. 8 näher erläutert.
Die Rotorbaugruppe 22 weist hierbei eine zentrale Rotorwelle 24 und einen Rotor 26 und eine hülsen- oder manschettenartige Magnetfixierungshülse 28 auf.
Der in Fig. 3 einzeln dargestellte Rotor 26 ist in dieser Ausführungsform zweiteilig mit zwei geschränkten Rotorpaketen (Einzelpaketen) 30 ausgeführt, wobei an den Rotorpaketen 30 jeweils eine Anzahl von permanentmagnetischen Rotormagneten 32 angeordnet ist. Die Rotormagnete 32 sind in den Figuren lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehen.
Der als SPM-Rotor ausgeführte Rotor 26 beziehungsweise jedes der (SPM- )Rotorpakete 30 ist mit der entlang einer Axialrichtung A orientierten Rotorwelle 24 wellenfest gefügt. Hierzu weisen die in Fig. 4 einzeln dargestellten Rotorpakete 30 eine zentrale Durchführöffnung 34 auf, mittels welcher die Rotorpakete 30 kraft- und/oder formschlüssig mittels eines Pressfits mit der Rotorwelle 24 drehfest gefügt sind. Die Schränkung der benachbarten Rotorpakete 30 ist hierbei lediglich durch die Fügeverbindung, insbesondere durch den Pressfit, mit der Rotorwelle 24 realisiert. Mit anderen Worten sind die benachbarten Rotorpakete 30 mit einem definierten Schränkungswinkel, also einen tangentialen Winkelversatz, auf die Rotorwelle 24 aufgebracht.
Die etwa zylindrischen Rotorpakete 30 sind beispielsweise als stanzpaketierte Blechpakete (Rotorblechpakete) mit einer Anzahl von entlang der Axialrichtung A gestapelten oder geschichteten Rotorblechen ausgebildet. Die Rotorpakete 30 weisen in der gezeigten Ausführungsform eine im Wesentlichen gleichseitige achteckige Grundfläche auf. Die Grundfläche ist also beispielsweise ein Oktagon, sodass die Mantelfläche entlang einer Tangential- oder Azimutalrichtung T, acht gleichflächigen Anlageflächen 36 für die Rotormagnete 32 aufweist. Jedes Rotorpaket 30 wird also mit acht Rotormagneten 32 bestückt. Die Rotormagnete 32 weisen hierbei eine brotlaibförmige Querschnittsform (vgl. bspw. Fig. 6) auf, wobei die flache Auflagefläche auf die Anlageflächen 36 aufgesetzt wird, so dass die gewölbte Fläche nach außen ragt.
Die Rotorpakete 30 weisen zur Reduzierung eines Massenträgheitsmoments des Rotors 26 jeweils acht, das jeweilige Blechpaket durchsetzende, Aussparungen 38 auf. Die Aussparungen 38 sind hierbei entlang der Tangentialrichtung T gleichmäßig um die jeweilige zentrale Durchführöffnung 34 herum verteilt angeordnet. Die Aussparungen 38 weisen eine etwa tropfenförmige oder diamantförmige Querschnittsform auf, wobei die jeweilige Spitze zu einer Mittenlinie der jeweiligen Anlagefläche für die Rotormagneten 32 orientiert ist. Die Aussparungen 38 sind in den Figuren lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehen.
Die Rotorpakete 30 weisen dem Außenumfang radial emporstehende Haltekonturen 40 zur tangentialen Halterung der Rotormagnete 32 auf. Die Haltekonturen 40 sind somit als radiale Trennstege zwischen den tangential verteilt angeordneten Rotormagneten 32 angeordnet. Die Haltekonturen 40 begrenzen somit die Anlageflächen 36 und reduzieren eine tangentiale Fehlstellung der Rotormagnete 32.
Wie beispielsweise in der Fig. 6 ersichtlich ist, weisen die Haltekonturen 40 eine trapezförmige oder schwalbenschwanzförmige Querschnittsform auf. Die Haltekonturen 40 erstrecken sich im Wesentlichen über die komplette axiale Höhe des jeweiligen Rotorpakets 30. Zwei in Tangentialrichtung T benachbarte Haltekonturen 40 bilden zusammen mit der dazwischen angeordneten Anlagefläche 36 somit eine etwa wannenförmige Magnetaufnahme für den jeweiligen Rotormagnet 32. Die brotlaibförmigen Rotormagnete 32 sitzen hierbei formschlüssig in der Magnetaufnahme ein. Die Haltekonturen 40 realisieren vorzugsweise lediglich einen tangentialen Formschluss für die Rotormagnete 32.
Wie anhand der Fig. 3 vergleichsweise deutlich ersichtlich wird, sind zur axialen und insbesondere radialen Sicherung der Rotormagnete 32 zwei Magnetpositionierungsringe 42 vorgesehen, welche im Füge- oder Montagezustand auf die außenseitigen Stirnseiten der aneinandergereihten Rotorpakete 30 aufgesetzt sind. An den einander zugewandten Stirnseiten liegen die Rotorpakete 30 unmittelbar oder direkt axial aneinander an.
Die in Fig. 5 einzeln dargestellten Magnetpositionierungsringe 42 weisen jeweils einen kreisringförmigen Ringkörper 44 auf. Wie in der Fig. 6 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, steht der Ringkörper 44 dem jeweiligen Rotorpaket 30 radial über. Mit anderen Worten steht der Ringkörper 44 der Magnetpositionierungsringe 42 den Rotorpaketen 30 entlang einer Radialrichtung R empor. Der Ringkörper 44 weist hierbei eine radiale Breite auf, welcher etwas geringer als die gemeinsame radiale Abmessung des Rotorpakets 30 und der Rotormagnete 32 ist. Somit steht der Ringkörper 44 den an der Mantelfläche der Rotorpakete 30 angeordneten Rotormagnete 32 entlang der Radialrichtung R nicht über. Insbesondere bilden die Scheitelpunkte oder Scheitelbereiche der brotlaibförmigen Rotormagnete 32 die radial äußersten Punkte des Rotors 26.
Zur Hindurchführung der Rotorwelle 24 weist der Ringkörper 44 eine zentrale Kreisringöffnung auf. Die Kreisringöffnung weist eine achtzackige Sternform als Innenkontur auf, wodurch am Ringkörper 44 radial innenseitig acht radial nach innen ragende Zahnfortsätze 46 freigestellt sind. An der den Rotorpaketen 30 zugewandten Planseite weist der Ringkörper 44 jeweils acht Haltestege 48 und acht Haltefortsätze 50 auf, welche dem Ringkörper 44 axial emporstehend angeformt sind. Die Haltefortsätze 50 und Haltestege 48 sind einstückig, also einteilig oder monolithisch, an den Ringkörper 44 angeformt. Die Haltestege 48 und Haltefortsätze 50 sind in den Figuren lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehen.
Die Haltefortsätze 50 sind jeweils an den radial innenseitigen Zahnspitzen der Zahnfortsätze 46 angeformt. Im Montagezustand greifen hierbei die pin-, Zylinder-, oder bolzenförmigen Haltefortsätze 50 des Magnetpositionierungsrings 42 in die Aussparungen 38 des jeweils zugewandten Rotorpakets 30 ein. Die Tropfen- oder Diamantform der Aussparungen 38 wirkt hierbei nach Art einer Zentrierhilfe bei einem Fügen des Magnetpositionierungsrings 42 mit den Rotorpaketen 30. Dies bedeutet, dass der Magnetpositionierungsring 42 mittels der Haltefortsätze 50 zumindest abschnittsweise axial in das jeweils zugeordnete Rotorpaket 30 eingreift.
Die Haltestege 48 sind am Außenrand oder Außenumfang des Ringkörpers 44 tangential verteilt angeordnet. Die Haltestege 48 sind hierbei tangential versetzt zu den Haltefortsätzen 50 angeordnet, so dass die Haltestege 48 im radial außenseitig zu den Haltekonturen 40 des Rotorpakets 30 platziert sind. Im Fügezustand liegen die tangentialen Haltestege 48 jeweils abschnittsweise an einem Freiende einer Haltekontur 40 radial an. Die im Querschnitt etwa trapezförmigen Haltestege 48 bilden somit mit den Haltekonturen 40 in etwa eine T-Form zur radialen Halterung der Rotormagnete 32 aus, wobei die radiale Haltekontur 40 den vertikalen T-Schenkel und der tangentiale Haltesteg 48 den horizontalen T-Schenkel bildet. Wie insbesondere in der Fig. 6 ersichtlich ist, übergreifen die Haltestege 48 hierbei abschnittsweise die benachbart am Haltesteg 48 angeordneten Rotormagnete 32 in Radialrichtung.
Wie in der Draufsicht der Fig. 6 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, liegen die der Haltefortsätze 48 derart an der radial außenseitigen Kontur der brotlaibförmigen Rotormagneten 32 an, dass die Rotormagneten 32 in diesen Anlagebereichen zumindest abschnittsweise und radial eingefasst sind. Dies bedeutet, dass die Rotormagneten 32 mittels der Haltekonturen 40 formschlüssig entlang der Tangentialrichtung T und mittels der Haltestege 48 formschlüssig entlang der Radialrichtung R gehalten sind, wobei der Ringkörper 44 eine axiale Begrenzung zur Rotorpaketstirnseite realisiert. Der Ringkörper 44 des Magnetpositionierungsrings 42 ist durch die in die Aussparungen 38 eingreifenden Haltefortsätze 50 und die an den Freienden der Haltekonturen 40 anliegenden Haltestege 48 radial kraft- und/oder formschlüssig an das Rotorpaket 30 klemmbefestigt.
Die Rotorpakete 30 sind unmittelbar oder direkt aneinander anliegend an der Rotorwelle 24 angeordnet. Die Stirnseiten der benachbarten Rotorpakete 30 weisen somit einen mechanischen Berührungskontakt auf. Durch die verschränkte oder geschränkte Anordnung der Rotorpakete 30 ergibt sich bei einer stirnseitiger Betrachtung entlang der Axialrichtung A eine axiale Begrenzung zwischen den Rotorpaketen 30 durch die darunterliegenden radial hervorstehenden Haltekonturen 40. Wie beispielsweise in der Fig. 7 gezeigt, bilden die Haltekonturen 40 des einen Rotorpakets 30 somit einen axialen Anschlag für die Rotormagnete 32 des anderen Rotorpakets 30 und umgekehrt.
Auf die Rotorpakete 30 beziehungsweise auf den Paketverbund ist - wie beispielsweise in Fig. 8 ersichtlich - die Magnetfixierungshülse 28 zur Fixierung der Rotormagnete 32 aufgesetzt oder aufgepresst. Die Magnetfixierungshülse 28 ist hierbei als ein rohr-, hohlzylinder-, hülsen-, oder manschettenförmiger (Abdeckoder Halte-)Mantel ausgeführt. Die Magnetfixierungshülse 28 kann hierbei als ein tiefgezogenes (Edel-)Stahlteil oder Aluminiumteil ausgeführt sein.
Die Magnetfixierungshülse 28 ist als Magnetabdeckung axial auf den Rotor 26, und somit auf die Rotormagnete 32, aufgesetzt. Das Aufsetzen erfolgt hierbei insbesondere mittels eines axialen Pressfits, wobei vorzugsweise lediglich die Rotormagneten 32 in einem mechanischen (Berührungs-)Kontakt zu der Magnetfixierungshülse 28 stehen.
Die Magnetfixierungshülse 28 weist entlang der Axialrichtung A im Hinblick auf die axiale Höhe des Paketverbunds ein gewisses Übermaß auf. Dies bedeutet, dass die Magnetfixierungshülse 28 zwei stirnseitige Kragenbereiche (Stirnseiten) 52 aufweist. Die Kragenbereiche 52 werden nach dem Pressfit-Aufziehen der Magnetfixierungshülse 28 radial nach innen gebogen (gecrimpt), und somit die
Magnetfixierungshülse 28 axial formschlüssig am Rotor 26 befestigt.
Die Rotormagnete 32 der Rotorbaugruppe 22 sind somit tangential durch die Haltekonturen 40 des zugeordneten Rotorpakets 30 und an einer Stirnseite axial durch die Haltekonturen 40 des benachbarten Rotorpakets 30 sowie an der anderen Stirnseite axial und radial durch einen Magnetpositionierungsring 42 formschlüssig gehalten. Auf den bestückten Rotor 26 ist die Magnetfixierungshülse 28 aufgezogen, mittels welcher die Rotormagnete 32 form- und/oder kraftschlüssig, insbesondere in Radialrichtung, fixiert sind. Dadurch sind die Rotormagnete 32 stabil und betriebssicher sowie stoffschlussfrei an den Rotorpaketen 30 gehalten.
Nachfolgend ist ein Verfahren ist zur Herstellung der Rotorbaugruppe 22 näher erläutert. Verfahrensgemäß werden hierbei die Rotorwelle 24, die zwei Rotorpakete 30, sechzehn (16) Rotormagnete 32, zwei Magnetpositionierungsringe 42, und eine Magnetfixierungshülse 28 bereitgestellt.
In einem ersten Verfahrensschritt wird ein erstes Rotorpaket 30 mit der Rotorwelle 24 gefügt. Insbesondere wird das erste Rotorpaket 30 mittels der Durchführöffnung 34 durch einen Pressfits form- und/oder kraftschlüssig axial auf die Rotorwelle 24 gepresst.
Anschließend wird in einem zweiten Verfahrensschritt einer der Magnetpositionierungsringe 42 an der äußeren Stirnseite des ersten Rotorpakets 30 angeordnet beziehungsweise aufgesetzt.
In einem dritten Verfahrensschritt wird das erste Rotorpaket 30 mit acht Rotormagneten 32 bestückt. Hierzu werden die Rotormagnete 32 tangential formschlüssig in die zwischen den Haltekonturen 40 gebildeten Magnetaufnahmen eingesetzt. Die Rotormagnete 32 sind hierbei durch den Magnetpositionierungsring 42 gegen ein axiales und radiales Herausgleiten gesichert. Vorzugsweise werden die Rotormagnete 32 an einem unteren Ende durch den Magnetpositionierungsring 42 gegen ein axiales und radiales Herausgleiten gesichert, wobei ein Trichter die Rotormagnete 32 insbesondere an einem oberen Ende, also an einer dem Magnetpositionierungsring 42 gegenüberliegenden Stirnseite, hält oder gegen ein Herausgleiten sichert.
Nach der Bestückung des ersten Rotorpakets 30 wird in einem vierten Verfahrensschritt das zweite Rotorpaket 30 mit der Rotorwelle 24 gefügt. Insbesondere wird das zweite Rotorpaket 30 mittels der Durchführöffnung 34 durch einen Pressfit form- und/oder kraftschlüssig axial auf die Rotorwelle 24 gepresst. Das zweite Rotorpaket 30 wird hierbei um einen Schränkungswinkel tangential verdreht zum ersten Rotorpaket 30 auf die Rotorwelle 24 aufgebracht oder aufgezogen, so dass das zweite Rotorpaket 30 geschränkt oder verdreht zum ersten Rotorpaket 30 angeordnet ist. Das zweite Rotorpaket 30 ist hierbei derart mit der Rotorwelle 24 gefügt, dass die Rotorpakete 30 stirnseitig axial aneinander direkt oder unmittelbar anliegen. Der definierte Verdreh- oder Schränkungswinkel wird vorzugsweise direkt mit einer Servoachse im Prozess eingestellt, so dass eine besonders hohe Winkelgenauigkeit zwischen den Rotorpaketen 30 gewährleistet ist.
In einem fünften Verfahrensschritt wird das zweite Rotorpaket 30 mit acht Rotormagneten 32 bestückt. Die Rotormagnete 32 werden hierbei in die zwischen den Haltekonturen 40 des zweiten Rotorpakets 30 gebildeten und durch die Haltekonturen 40 des ersten Rotorpakets 30 axial begrenzten Magnetaufnahmen eingesetzt oder aufgesetzt, so dass die Rotormagnete 32 tangential zwischen den Haltekonturen 40 des zweiten Rotorpakets 30 einsitzen und sich axial auf den Haltekonturen 40 des jeweils ersten Rotorpakets 30 abstützen. Für den fünften Verfahrensschritt wird der Trichter zum zweiten Rotorpaket 30 verfahren, so dass der Trichter die Rotormagnete 32 des zweiten Rotorpakets 30, insbesondere an einem unteren Ende, sichert.
In einem anschließenden sechsten Verfahrensschritt wird an dem zweiten Rotorpaket 30 der andere Magnetpositionierungsring 42 angeordnet oder aufgesetzt, so dass die Rotormagnete 32 dieses Rotorpakets 30, insbesondere an einem oberen Ende, axial und radial formschlüssig durch den Magnetpositionierungsring 42 gehalten sind. In einem abschließenden siebten Verfahrensschritt wird die Magnetfixierungshülse 28 auf die bestückten Rotorpakete 30 aufgepresst, und die Kragenbereiche 52 radial nach innen gebogen. Vorzugsweise wird der Trichter hierbei im We- sentlichen gleichzeitig zu dem Aufziehen der Magnetfixierungshülse 28 weggefahren oder entfernt.
Die beanspruchte Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus im Rahmen der offenbarten Ansprüche abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale im Rahmen der offenbarten Ansprüche auch auf andere Weise kombinierbar, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
2 Kraftfahrzeug
4 Lenkrad
6 Lenkgetriebe
8 Servolenkung
10 Lenksäule
12 Drehsensor
14 Drehsensor
16 Torsionsstab
18 Controller
20 Elektromotor
22 Rotorbaugruppe
24 Rotorwelle
26 Rotor
28 Magnetfixierungshülse
30 Rotorpaket
32 Rotormagnet
34 Durchführöffnung
36 Anlagefläche
38 Aussparung
40 Haltekontur
42 Magnetpositionierungsring
44 Ringkörper
46 Zahnfortsatz
48 Haltesteg
50 Haltefortsatz
52 Kragenbereich
A Axialrichtung
R Radialrichtung
T Tangentialrichtung

Claims

Ansprüche
1. Rotorbaugruppe (22) für einen Elektromotor (20), aufweisend
- eine entlang einer Axialrichtung (A) gerichtete Rotorwelle (24),
- mindestens zwei Rotorpaketen (30), welche entlang der Rotorwelle (24) koaxial und geschränkt zueinander angeordnet sind, wobei die Rotorpakete (30) jeweils mit einer Anzahl von Rotormagneten (32) bestückt sind, welche tangential verteilt an den Mantelflächen der Rotorpakete (30) angeordnet sind,
- zwei Magnetpositionierungsringe (42) zur axialen und radialen formschlüssigen Halterung der Rotormagnete (32) an den Rotorpaketen (30), welche an den gegenüberliegenden Stirnseiten der jeweils äußersten Rotorpakete (30) angeordnet sind, und
- eine auf die Rotorpakete (30) aufgesetzte Magnetfixierungshülse (28) zur Fixierung der Rotormagnete (32),
- wobei die Rotorpakete (30) unmittelbar aneinander anliegen,
- wobei die Rotorpakete (30) Haltekonturen (40) zur tangentialen Halterung der Rotormagnete (32) aufweisen, welche dem Außenumfang des jeweiligen Rotorpakets (30) radial überstehen, und
- wobei die Haltekonturen (40) eines Rotorpakets (30) einen axialen Anschlag für die Rotormagnete (32) eines benachbart angeordneten Rotorpakets (30) bilden.
2. Rotorbaugruppe (22) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Haltekonturen (40) im Querschnitt trapezförmig oder schwalbenschwanzförmig ausgeführt sind.
3. Rotorbaugruppe (22) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorbaugruppe (22) genau zwei Rotorpakete (30) aufweist.
4. Rotorbaugruppe (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Haltekonturen (40) im Wesentlichen über die komplette axiale Höhe des jeweiligen Rotorpakets (30) erstrecken.
5. Rotorbaugruppe (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetpositionierungsringe (42) axial emporstehende Haltestege
(48) aufweisen, welche jeweils abschnittsweise an einem Freiende einer Haltekontur (40) radial anliegen, und welche jeweils abschnittsweise zwei benachbart angeordnete Rotormagnete (32) tangential in radialer Richtung übergreifen.
6. Verfahren zur Herstellung einer Rotorbaugruppe (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
- wobei eine Rotorwelle (24), mindestens zwei Rotorpakete (30), eine Anzahl von Rotormagneten (32), zwei Magnetpositionierungsringe (42), und eine Magnetfixierungshülse (28) bereitgestellt werden, wobei die Rotorpakete (30) Haltekonturen (40) zur tangentialen Halterung der Rotormagnete (32) aufweisen, welche dem Außenumfang des jeweiligen Rotorpakets (30) radial überstehen,
- wobei ein erstes Rotorpaket (30) mit der Rotorwelle (24) gefügt wird,
- wobei an dem ersten Rotorpaket (30) einer der Magnetpositionierungsringe (42) angeordnet wird,
- wobei das erste Rotorpaket (30) mit den Rotormagneten (32) derart bestückt wird, dass die Rotormagnete (32) tangential zwischen den Haltekonturen (40) einsitzen,
- wobei mindestens ein zweites Rotorpaket (30) um einen vorgegebenen Verdrehwinkel mit der Rotorwelle (24) gefügt wird, so dass die Rotorpakete (30) stirnseitig direkt aneinander anliegen,
- wobei das zweite Rotorpaket (30) mit den Rotormagneten (32) derart bestückt wird, dass die Rotormagnete (32) tangential zwischen den Haltekonturen (40) einsitzen und sich axial auf den Haltekonturen (40) des jeweils benachbarten Rotorpakets (30) abstützen,
- wobei an dem axial äußersten zweiten Rotorpaket (30) der andere Magnetpositionierungsring (42) angeordnet wird, und
- wobei die Magnetfixierungshülse (28) auf die Rotorpakete (30) und Rotormagnete (32) aufgesetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfixierungshülse (28) auf die Rotorpakete (30) und Rotormagnete (32) aufgepresst wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotormagnete (32) bei der Bestückung eines Rotorpakets (30) radial von einem Trichter gehalten werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Trichter beim Aufsetzen der Magnetfixierungshülse (28) entfernt wird.
10. Elektromotor (20), insbesondere für eine Servolenkung (8), aufweisend einen Stator und eine gegenüber diesem drehbar gelagerte Rotorbaugruppe (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
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