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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für einen elektronisch kommutierten
Elektromotor umfassend eine Mehrzahl von gleichmäßig um die Rotorwelle herum
angeordneten Dauermagneten sowie eine ebenso große Anzahl von im wesentlichen keilförmigen,
zwischen jeweils zwei einander benachbarten Dauermagneten angeordneten
Segmenten aus weichmagnetischem Material, wobei jedes Segment aus
einem Stapel flacher Lamellen besteht. Weiterhin betrifft die vorliegende
Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotors sowie ein
bei der Herstellung eines solchen Rotors verwendbares Zwischenprodukt.
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Elektromotoren
mit Rotoren der eingangs angegebenen Art sind in vielfältigen Bauweisen
bekannt. Einige bekannte Ausführungen
sind in den 1 bis 4 gezeigt.
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Die
häufigste
bekannte Bauweise ist die Ausführung
mit den Dauermagneten montiert (angeklebt) auf dem Außenumfang
eines aus Weicheisen bestehenden zylindrischen Kerns (1).
In diesem Fall sind die Magnete so gebogen, dass sie auf einer Seite
an dem Kern anliegen und auf anderer Seite den Außenumfang
des Rotors definieren.
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Allerdings
ist die hierfür
erforderliche Bearbeitung der Magnete recht kompliziert. Deswegen wird
oft die Ausführung
des Rotors mit Magneten, die in den weichmagnetischen Kern eingesetzt
sind, verwendet (2). In diesem Falle können sehr
einfach in Quaderform hergestellte Magnete zum Einsatz kommen.
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Was
die Magneteigenschaften des Rotors angeht, ist eine sehr günstige Ausführung eine
solche mit radial eingesetzten Magneten (3). Im Sine
der einleitend dargelegten Bauweise umfasst der Rotor eine Mehrzahl
von Segmenten aus weichmagnetischem Eisen, wobei jeweils zwischen
zwei Segmenten ein Dauermagnet angeordnet ist. Zwei benachbarte
Magnete sind so alternierend gegeneinander magnetisiert, dass ein
Eisensegment auf beiden Seiten den Nordpol der beiden benachbarten Magnete
und das nächste
Segment auf beiden Seiten den Südpol
der beiden benachbarten Magnete hat. Bei dieser Konstruktion bestehen
breite Möglichkeiten
beim Formen und bei der Konzentration des magnetischen Flusses.
Auf diese Weise lassen sich günstige
Eigenschaften des Elektromotors und eine hohe Nutzleistung des Materials
erreichen.
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Typischerweise
ist der Rotor so hergestellt (4), dass
Lamellen-Scheiben in der Form des Rotorquerschnitts und mit den
ausgeschnittenen Aussparungen für
die Aufnahme der Magnete aus Blech aus weichmagnetischen Eisen ausgeschnitten werden.
Die im wesentlichen keilförmigen
Abschnitte der Lamellen-Scheiben
sind über
Brücken
miteinander verbunden. Durch Stapeln der Lamellen-Scheiben zu einem
Paket werden die Segmente erhalten, die mit radial außen bzw.
radial innen liegenden Brücken
miteinander verbunden sind. Die Brücken müssen möglichst dünn sein, um im Interesse eines
möglichst
hohen Wirkungsgrades möglichst
wenig magnetischen Fluss für
die Sättigung
zu verbrauchen.
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Auf
der Innenseite darf weiterhin nur jedes zweite, gleich polarisierte
Segment in Kontakt mit der Rotorwelle sein, weil sonst die Welle
einen Kurzschluss für
das magnetische Feld der einzelnen Magnete bilden kann. Dünne Brücken zwischen
den keilförmigen
Abschnitten der aus weichmagnetischem Material zu stanzenden Lamellen-Scheiben sind
für die
Herstellung allerdings problematisch, weil auch die Werkzeuge für das Ausstanzen
dünn sein müssen und
so es leicht zu Brüchen
kommen kann. Daneben garantieren dünne Brücken keine mechanische Festigkeit
des Rotors.
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Ein
besonderer Aspekt der Fertigung von Rotoren der vorstehend erläuterten
Art besteht darin, dass die Kosten der Herstellung von Dauermagneten bei
abnehmender zulässiger
Fertigungstoleranz stark zunehmen. Kostengünstig herstellbare Dauermagnete
sind somit, mit anderen Worten, vergleichsweise groben Fertigungstoleranzen
unterworfen. Demgemäß müssen bei
Rotoren der Bauweise nach 4, die zu
günstigen
Fertigungskosten herstellbar sein sollen, die für die Aufnahme der Magnete
bestimmten Aussparungen zwischen den einander benachbarten Segmenten
mit einem auf das Größtmaß der Magnete
abgestimmten Übermaß hergestellt werden.
Dies wirkt sich wegen einer Beeinträchtigung des magnetischen Flusses
allerdings nachteilig auf die Leistungsfähigkeit der mit den entsprechenden
Rotoren ausgerüsteten
Motoren aus. Leistungsstarke Motoren mit in herkömmlicher Weise gemäß 4 ausgebildeten
Rotoren lassen sich – mit
entsprechenden Auswirkungen auf die Herstellungskosten – somit
nur unter Verwendung von geringen Fertigungstoleranzen unterworfenen,
vergleichsweise teuren Magneten herstellen. Entsprechendes gilt
für die
Bauweise nach 3; denn bereits geringe Unterschiede
in der Dicke der Magnete würden
infolge der Keilform der Segmente in erhebliche Unterschiede des
Rotordurchmessers umgesetzt, wobei die negativen Auswirkungen mit
der Polzahl des Rotors zunehmen. Erhebliche Durchmesserunterschiede
von Rotor zu Rotor sind indessen unzulässig, weil die Motorcharakteristik
stark von der Dicke des Luftspalts zwischen Stator und Rotor abhängt. Auch
der Bauweise nach 3 entsprechende bekannte Rotoren gattungsgemäßer Art
sind somit, weil sie die Verwendung hochgenauer Magnete erfordern,
vergleichsweise teuer in der Herstellung.
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Die
vorliegende Erfindung zielt demgemäß darauf ab, zu vergleichsweise
geringen Herstellungskosten einen für leistungsstarke elektronisch
kommutierte Elektromotoren geeigneten Rotor der gattungsgemäßen Art
bereitzustellen, der auch im übrigen
allen praxisrelevanten Anforderungen in einem hohen Maß genügt.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabenstellung
gelöst,
indem bei einem im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Rotor
für einen
elektronisch kommutierten Elektromotor jeweils zwei aneinander anliegende,
ursprünglich
relativ zueinander bewegbare Lamellen in einer solche Stellung zueinander
fixiert sind, dass die lichte Weite des zwischen zwei einander benachbarten
Segmenten bestehenden, einen Dauermagneten aufnehmenden Spalts zur
spielfreien Anlage der beiden Segmente an dem zugeordneten Dauermagneten
spezifisch an dessen individuelle Dicke angepasst ist. Ein entscheidender
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist somit, dass während der
Herstellung des Rotors die Kontur der aus den aufeinander gestapelten
Lamellen gebildeten, im wesentlichen keilförmigen Segmente gezielt veränderbar
ist, um sie an die individuelle Dicke der Dauermagnete anpassen
zu können,
und zwar bei Verwendung einer einzigen, standardisierten Lamellenform.
Weil die Lamellen nicht über
Brücken
miteinander verbunden sind, ist die individuelle, spezifische Anpassung
der Kontur jedes einzelnen Segments unabhängig von den anderen Segmenten
allein in Abhängigkeit
von der Dicke der beiden benachbarten Magnete möglich. Nur durch die während der
Herstellung des Rotors erfolgende individuelle Bewegung der aneinander
anliegenden, bevorzugt identischen Lamellen zueinander erfolgt eine
solche Veränderung
der Kontur der Segmente, dass diese an den angrenzenden Dauermagneten
spielfrei anliegen. Auf diese Weise erfolgt ein Ausgleich der – insbesondere
bei kostengünstigen
Dauermagneten unvermeidbaren – Fertigungstoleranzen
der Magnete in den Segmenten, und zwar ohne dass hierfür unterschiedlich
dimensionierte Lamellen bereitgehalten werden müssten. Vielmehr enthält ein erfindungsgemäß aufgebauter Rotor
typischerweise ausschließlich
Lamellen einer einzigen Dimensionierung. Neben den günstigen Auswirkungen
auf die Herstellungskosten besteht ein weiterer vorteilhafter Effekt
der Erfindung in einem besonders günstigen magnetischen Verhalten.
Dieses ergibt sich nicht nur als Folge der spielfreien Anlage der
Segmente an den beiden jeweils benachbarten Dauermagneten. Hinzu
kommt, dass die einander benachbarten Segmente, anders als dies
für den vorstehend
dargelegten Stand der Technik nach 4 gilt,
nicht über
Brücken
aus weichmagentischem Material miteinander verbunden sind; dies
reduziert die Verluste und macht die erfindungsgemäßen Rotoren
besonders geeignet für
leistungsstarke Motoren.
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Unter
Berücksichtigung
der vorstehend dargelegten Gesichtspunkte wird die oben angegebene Aufgabenstellung
gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein Zwischenprodukt gelöst, welches
für die
Herstellung eines für
einen elektronisch kommutierten Elektromotor bestimmten Rotors vorgesehen
ist und eine Mehrzahl von gleichmäßig um die Rotorwelle herum
angeordneten Dauermagneten sowie eine ebenso große Anzahl von im wesentlichen
keilförmigen,
zwischen jeweils zwei einander benachbarten Dauermagneten angeordneten
Segmenten aus weichmagnetischem Material umfasst, wobei jedes Segment
aus einem Stapel flacher Lamellen besteht, von denen jeweils zwei
aneinander anliegende Lamellen dergestalt relativ zueinander lageveränderbar
sind, dass die lichte Weite des zwischen zwei einander benachbarten
Segmenten bestehenden, der Aufnahme eines Dauermagneten dienenden
Spalts veränderbar
und zur spielfreien Anlage der beiden Segmente an dem Dauermagneten
an dessen individuelle Dicke anpassbar ist.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der Erfindung wird die oben angegebene Aufgabenstellung
durch ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für einen elektronisch
kommutierten Elektromotor gelöst,
welches die folgenden Schritte umfasst:
Bereitstellen einer
Vielzahl von flachen, im wesentlichen keilförmigen Lamellen aus weichmagnetischem Material;
Herrichten
einer Mehrzahl von im wesentlichen keilförmigen Stapeln aus jeweils
einer Mehrzahl von Lamellen, von denen jeweils zwei aneinander anliegende
dergestalt relativ zueinander lageveränderbar sind, dass die Keilkontur
des Segments veränderbar ist;
Bereitstellen
von einer der Anzahl der Segmente entsprechenden Mehrzahl von im
wesentlichen ebenen Dauermagneten;
Anordnen der Dauermagnete
und der Segmente in alternierender Abfolge gleichmäßig um eine
Achse herum, wobei jeweils ein Dauermagnet in einem zwischen zwei
benachbarten Segmenten bestehenden, sich im wesentlichen radial
erstreckenden Spalt angeordnet wird und die Segmente eine individuelle, dergestalt
an die individuelle Dicke der Dauermagnete angepasste Kontur einnehmen,
dass sämtliche Segmente
spielfrei an den beiden jeweils benachbarten Dauermagneten anliegen;
Fixieren
der Lamellen der Segmente.
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Im
Rahmen der vorliegenden, vorstehend erläuterten Erfindung sind zahlreiche
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Rotors, des erfindungsgemäßen Zwischenprodukts
und des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
möglich,
die sich durch besondere Vorteile auszeichnen.
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Was
den erfindungsgemäßen Rotor
betrifft, so zeichnet sich eine erste solche Weiterbildung dadurch
aus, dass die Dauermagnete – was
durchaus nicht zwingend ist – im
wesentlichen radial angeordnet sind. In diesem Falle kommen Lamellen
zum Einsatz, die im wesentlichen spiegelsymmetrisch gestaltet sind.
Dies ist unter Herstellungsgesichtspunkten günstig.
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Gemäß einer
zweiten bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Rotors
sind die Lamellen zur Fixierung ihrer relativen Lage zueinander
in einem Kunststoffkörper
verankert. Der betreffende Kunststoffkörper, der besonders bevorzugt
durch Formpressen aus einem Duroplasten hergestellt wird, kann dabei
insbesondere eine zentrale Kunststoffnabe umfassen, durch die die
Rotorwelle hindurchtritt. Bevorzugt weisen die Lamellen zu ihrer Verankerung
in einer solchen Kunststoffnabe radial innen in die Kunststoffnabe
hineinragende Verankerungsvorsprünge
oder aber Verankerungsnuten, in welche Verankerungsrippen der Kunststoffnabe formschlüssig eingreifen,
auf. Welche der beiden Ausgestaltungen zum Einsatz kommt, richtet
sich dabei im Einzelfall insbesondere nach den Platzverhältnissen.
Andere Formen der Verankerung der Lamellen in einem Kunststoffkörper sind
ebenfalls denkbar.
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Ist
in dem vorstehend dargelegten Sinne eine zentrale Kunststoffnabe
vorgesehen, so kann die Rotorwelle in diese eingegossen sein. Die
Rotorwelle bedarf in diesem Falle keiner gesondert herzustellenden
Verbindung mit den übrigen
Komponenten des Rotors; und – verglichen
mit einem nachträglichen
Einpressen der Rotorwelle in den Rotorkörper – werden Spannungen vermieden.
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Der
Kunststoffkörper
braucht sich keinesfalls auf die vorstehend erläuterte Kunststoffnabe zu beschränken. Im
Gegenteil: Es ist besonders vorteilhaft, wenn auch die Dauermagnete
und Segmente in den Kunststoffkörper
eingegossen sind, wodurch ein eine einheitliche Gesamtheit bildender
Rotorblock entsteht.
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Zum
Schutz des Rotors vor Beschädigung kann
am Außenumfang
des Rotors eine dünnwandige
Hülse vorgesehen
sein. Diese besteht bevorzugt aus einem nicht ferromagnetischen
Blech oder aus einem Faserverbundmaterial.
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Eine
andere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Rotors
zeichnet sich dadurch aus, dass dieser mindestens zwei in Axialrichtung
nebeneinander angeordnete, übereinstimmend
aufgebaute Rotorabschnitte aufweist, die zueinander bezüglich der
Rotorachse um einen vorgegebenen Winkel verdreht sind. Dies trägt zu einer
Vergleichmäßigung des
Motordrehmoments bei, indem es dem Nutrasteffekt (Cogging) entgegenwirkt.
Die beiden (oder mehr) Rotorabschnitte können dabei im Sinne der weiter
oben beschriebenen Weiterbildung insbesondere eine gemeinsame einstückige Kunststoffnabe umfassen
und/oder in einen gemeinsamen, einstückigen Kunststoffkörper eingegossen
sein.
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Erfindungsgemäß entscheidend
ist, wie weiter oben bereits dargelegt, die Möglichkeit, die die Segmente
bildenden, aneinander anliegenden Lamellen, bevor deren Fixierung
in ihrer spielfrei an den Magneten anliegenden Stellung erfolgt,
gezielt relativ zueinander zu bewegen. Hierfür kommen im Rahmen der Erfindung
mehrere Varianten in Betracht. Eine in dieser Hinsicht besonders
bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass
die Lamellen jedes Segments bezüglich
einer parallel zur Rotorachse verlaufenden Drehachse relativ zueinander
verdrehbar sind. Die Drehachse ist dabei besonders bevorzugt im
wesentlichen auf der Hälfte
der radialen Erstreckung der Segmente angeordnet. Durch das dem Öffnen bzw.
Schließen
einer Schere vergleichbare Verdrehen der Lamellen zueinander um
die genannte Drehachse nehmen die Abmessungen des jeweiligen Segments
in Umfangsrichtung entfernt von der Drehachse, d. h. radial außen und
radial innen zu bzw. ab, was zu einer entsprechenden Reduktion der
lichten Weite der angrenzenden Spalte, in denen die benachbarten
Dauermagnete aufgenommen sind, führt.
Hierdurch liegen die Lamellen alternierend an den beiden benachbarten
Dauermagneten an, nämlich
eine Lamelle radial außen
an dem einen, ersten und radial innen an dem anderen, zweiten benachbarten
Dauermagnet und die nächste
Lamelle radial außen
an dem zweiten und radial innen an dem ersten Dauermagnet.
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Die
vorstehend erwähnte
Drehachse, bezüglich
derer die aneinander anliegenden Lamellen relativ zueinander verdrehbar
sind, wird bevorzugt gebildet durch ein ineinandergreifendes Paar
eines jeweils an einer Lamelle ausgebildeten warzenartigen Vorsprungs
und einer an der benachbarten Lamelle ausgeführten, den Vorsprung aufnehmenden
Ausnehmung. Dies ist eine in konstruktiver und fertigungstechnischer
Hinsicht besonders günstige
Lösung.
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Ein
Verdrehen der aneinander anliegenden Lamellen relativ zueinander
bezüglich
einer zur Rotorachse parallel verlaufenden Drehachse ist zwar eine
besonders günstige,
indessen nicht die einzig denkbare Möglichkeit, die erforderliche
Bewegung der Lamellen relativ zueinander zu ermöglichen. Denkbar wäre beispielsweise
auch ein in Umfangsrichtung gerichtetes, d. h. zum Radius des entsprechenden
Segments senkrecht stehendes Parallelverschieben der Lamellen zueinander.
Von Vorteil bei dieser Variante wäre, dass sich der Keilwinkel
des Segments beim Anpassung von dessen Kontur an die individuelle
Dicke der beiden benachbarten Magnete nicht ändert, so dass die einzelnen
Lamellen eher über
ihre gesamte radiale Erstreckung an dem einen bzw. dem anderen Dauermagneten
anliegen. Allerdings ist der fertigungstechnische Aufwand für eine solche
Parallelverschiebung signifikant höher als für das weiter oben beschriebene
Verdrehen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist zumindest
ein Teil der Lamellen radial außen
und/oder radial innen mindestens einen in Umfangsrichtung vorspringenden,
der Lagesicherung der Dauermagneten dienenden Positionieransatz
auf. Jede Lamelle kann dabei insbesondere zwei derartige Positionieransätze aufweisen, nämlich an
der einen Seite, dem einen benachbarten Magnet zugewandt, einen
ersten, radial außen
angeordneten Positionieransatz, welcher den zugeordneten Magnet
radial außen
sichert, und an der anderen, gegenüberliegenden Seite, welche
dem anderen benachbarten Magnet zugewandt ist, einen zweiten, radial
innen angeordneten Positionieransatz, welcher den zugeordneten Magnet
radial innen sichert. Die Lamellen jedes Segments sichern in diesem
Falle jeden der benachbarten Magnete alternierend radial außen und
radial innen. Auch kann beispielsweise jede Lamelle vier solcher
Positionieransätze
aufweisen, was den Vorteil hätte,
dass sämtliche
Lamellen identisch ausgeführt
sein können.
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Was
die in Anwendung der vorliegenden Erfindung erfolgende Herstellung
des Rotors betrifft, so vollzieht sich diese bevorzugt in zwei Stufen.
Zunächst
wird ein die Segmente und die zwischen diesen angeordneten Magnete
umfassender Rotorrohling hergestellt, und zwar mit einem hinsichtlich
des Durchmessers gegenüber
dem Endmaß größeren Rohmaß. Hierzu
sind die Segmente durch eine entsprechende Stellung ihrer einzelnen
Lamellen zueinander zunächst
in einem solchen Maße
gespreizt, dass ihre Kontur noch größer ist, als es für das Kleinstmaß (maximale
Toleranzabweichung der Dicke nach unten) sämtlicher Magnete erforderlich
wäre. Der
aus den zunächst
auf Übermaß vorgefertigten Segmenten
und den zwischen diesen angeordneten Magneten gebildete, ebenfalls Übermaß aufweisende
Rotorrohling wird sodann einer Kalibrierung unterzogen, während derer
der Durchmesser auf das Endmaß reduziert
wird. Durch Verwendung eines entsprechenden Kalibrierwerkzeugs wird
dabei die sichergestellt, dass der Rotor einen exakten runden Querschnitt
erhält.
Während
der Kalibrierung verändert
sich durch eine entsprechende Veränderung der Lage der einzelnen
Lamellen jedes Segments die Kontur der Segmente im Sinne einer Verringerung der
Abmessungen in Umfangsrichtung. Jedes Segment nimmt am Ende der
Kalibrierung eine von der individuellen Dicke der beiden benachbarten
Magnete abhängige
individuelle Kontur ein dergestalt, dass jede einzelne Lamelle an
zumindest einem der benachbarten Magnete und jedes Segment an beiden benachbarten
Magneten spielfrei anliegt. (Im Falle der weiter unten anhand der
Zeichnung erläuterten bevorzugten
Ausführungsform
liegt jede Lamelle sogar an beiden benachbarten Magneten spielfrei
an, nämlich
an dem einem Magneten radial innen und an dem anderen Magneten radial
außen.)
In dieser Stellung wird die Lage der Lamellen fixiert, bevorzugt
zugleich mit der Ausbildung einer aus Kunststoff bestehenden Nabe.
Das Fixieren der Lamellen erfolgt dabei, wie bereits erwähnt, bevorzugt
durch das Anformen einer zentralen Kunststoffnabe radial innen an den
Segmenten, wobei die Lamellen und die Kunststoffnabe über geeignete
verankerungselemente formschlüssig
ineinandergreifen.
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Die
vorstehend dargelegte Verfahrensführung ist hinsichtlich des
Herstellungsaufwands wie auch der Qualität des fertigen Rotors denkbaren
Alternativen überlegen,
wie beispielsweise einem Ablauf dergestalt, dass die Segmente des
Rotorrohlings zunächst
eine auf das Größtmaß der Magnete
abgestimmtes Kleinstmaß in
Umfangsrichtung aufweisen und anschließend – durch entsprechende Veränderung
der Lage der einzelnen Lamellen zueinander – gemäß der individuellen Dicke der
beiden benachbarten Magnete individuell so weit gespreizt werden, dass
sie spielfrei an beiden benachbarten Magneten anliegen.
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Lediglich
zur Klarstellung ist an dieser Stelle festzuhalten: Die vorliegende
Erfindung darf nicht dahingehend beschränkt verstanden werden, dass zwingend
die Lamellen jedes Segments in dem Sinne alternierend wirken, dass
jeweils eine Lamelle an dem einen und jede an dieser Lamelle anliegende Lamelle
an dem anderen zu dem betreffenden Segment benachbarten Magneten
spielfrei anliegen. Vielmehr sind auch andere alternierende Abfolgen denkbar,
beispielsweise indem jeweils mehrere zueinander benachbarte erste
Lamellen an dem einen und mehrere andere, ihrerseits zueinander
benachbarten Lamellen an dem anderen zu dem betreffenden Segment
benachbarten Magneten spielfrei anliegen.
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Im
folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand dreier in der Zeichnung
veranschaulichter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei
zeigt
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1 einen
schematischen Querschnitt durch einen ersten dem Stand der Technik
entsprechenden Rotor für
einen elektronisch kommutierten Motor,
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2 einen
schematischen Querschnitt durch einen zweiten dem Stand der Technik
entsprechenden Rotor für
einen elektronisch kommutierten Motor,
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3 einen
schematischen Querschnitt durch einen dritten dem Stand der Technik
entsprechenden Rotor für
einen elektronisch kommutierten Motor und
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4 einen
schematischen Querschnitt durch einen vierten dem Stand der Technik
entsprechenden Rotor für
einen elektronisch kommutierten Motor.
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5 zeigt
in perspektivischer Ansicht ein aus einer Mehrzahl von aufeinander
gestapelten Lamellen hergerichtetes Segment einer ersten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Rotors.
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6 veranschaulicht
die Bewegungsmöglichkeit
zweier aneinander anliegender Lamellen des in 5 gezeigten
Segments zur Anlage an einem benachbarten Magneten.
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7 zeigt
im Querschnitt die Anordnung von vierzehn Segmenten der in 5 gezeigten
Art mit jeweils dazwischen angeordneten Dauermagneten in Form eines
Rotorrohlings.
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8 zeigt
in perspektivischer Ansicht einen Rotorrohling mit zwei übereinstimmend
aufgebauten, jedoch geringfügig
um die Rotorachse zueinander verdrehten Abschnitten.
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9, 10 und 11 veranschaulichen drei
Stufen der Herstellung eines Rotors unter Verwendung des Rotorrohlings
nach 8.
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12 zeigt
den fertigen Rotor in perspektivischer, teilweise gebrochener Darstellung.
Weiterhin zeigt
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13 eine
erste und 14 eine zweite Modifikation
des in den 5 bis 12 veranschaulichten
ersten Ausführungsbeispiels
der Erfindung.
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Bei
dem Rotor nach 1 sind sechs gebogene Dauermagneten 1 auf
dem Außenumfang
eines aus Weicheisen bestehenden zylindrischen Kerns 2 aufgeklebt,
und zwar mit wechselnder Polarität.
Bei dem Rotor nach 2 sind sechs flache, im wesentlichen
ebene Dauermagnete 3 in zugeordnete Aussparungen 4,
welche gleichmäßig um die
Rotorachse herum in dem zylindrischen, weichmagnetischen Kern 5 angeordnet
sind, aufgenommen. Bei dem Rotor nach 3 sind sechs
ebenfalls flache, radial angeordnete Dauermagnete 3 jeweils
zwischen zwei keilförmigen
Segmenten 6 aus weichmagnetischem Material aufgenommen.
Bei dem Rotor nach 4, der praktische Relevanz erlangt
hat, sind gegenüber dem
idealisierten Rotor nach 3 die Segmente 6 radial
außen
jeweils über
Brücken 7 miteinander
verbunden; und drei jeweils einander nicht benachbarte Segmente 6 sind
darüber
hinaus auch über
radial innen angeordnete Brücken 8 miteinander
verbunden. Bei der Herstellung dieses Rotors kommen demgemäß aufeinander
gestapelte Lamellen-Scheiben zum Einsatz, bei denen die sechs die
Segmente 6 bildenden Lamellen 9 über besagte
Brücken
miteinander verbunden sind.
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Angesichts
dessen, dass es sich insoweit um den hinlänglich bekannten Stand der
Technik handelt, sind weitere Erläuterungen entbehrlich.
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Bei
dem in den 5 bis 12 veranschaulichten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst der Rotor 10 für einen elektronisch kommutierten
Motor (in jedem seiner beiden Rotorabschnitte; s. u.) vierzehn gleichmäßig um die
Rotorachse 15 herum angeordnete, ebene Dauermagnete 16 der
dicke D sowie ebenfalls vierzehn aus Weicheisen bestehende Segmente 17,
die zwischen den Magneten angeordnet sind und jeweils aus einer
Mehrzahl aufeinander gestapelter, aneinander anliegender flacher Lamellen 18 bestehen.
Die Segmente 17 sind im wesentlichen keilförmig ausgeführt, weshalb
auch die Lamellen 18 im wesentlichen keilförmig ausgeführt sind.
Die Dauermagnete 16 sind im wesentlichen radial ausgerichtet,
wobei der Nordpol zu einem der benachbarten Segmente 17 und
der Südpol
zu dem anderen benachbarten Segment weist.
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Die
Lamellen 18 jedes Segments 17 sind zunächst, d.
h. bis zu einer bestimmten Stufe der Herstellung des Rotors 10 zueinander
bewegbar, und zwar indem jeweils zwei aneinander anliegende Lamellen 18 um
eine zu der Rotorachse 15 parallel verlaufende Drehachse 19 relativ
zueinander verdrehbar sind. Hierzu wirkt jeweils zwischen zwei aneinander
anliegenden Lamellen 18 ein die Drehachse 19 definierendes
Paar eines an einer Lamelle 18a ausgebildeten warzenartigen
Vorsprungs 20 und einer an der benachbarten Lamelle 18b ausgeführten Ausnehmung 21,
in welche der Vorsprung 20 eingreift.
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Die
Lamellen 18 weisen an ihren den Magneten zugewandten Kanten 22 und 23 Positionieransätze 24 und 25 auf.
Diese sind dergestalt alternierend vorgesehen, dass eine Lamelle 18a an
ihrer dem einen benachbarten Magneten 16 zugewandten Kante 22a radial
außen
einen äußeren Positionieransatz 24a und
an ihrer dem anderen benachbarten Magnet zugewandten Kante 23a radial
innen einen inneren Positionieransatz 25a aufweist, während es
sich bei der benachbarten Lamelle 18b genau umgekehrt verhält, indem
an der Kante 22b radial innen ein innerer Positionieransatz 25b und
an der Kante 23b radial außen ein äußerer Positionieransatz 24b vorgesehen
sind. Die Positionieransätze 24 und 25 springen
in Umfangsrichtung gegenüber
der jeweiligen Kante 22 bzw. 23 vor; ihr radialer
Abstand zueinander ist auf die radiale Erstreckung der Magnete 16 abgestimmt.
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Bei
dem fertigen Rotor 10 nehmen die einzelnen Lamellen 18 eines
jeden Segments 17 eine solche Stellung ein, dass jeweils
eine Lamelle 18a radial außen an dem einen, ersten benachbarten
Magnet und radial innen an dem anderen, zweiten benachbarten Magnet
spielfrei anliegt, während
die benachbarte(n) Lamelle(n) 18b umgekehrt radial innen
an dem ersten und radial außen
an dem zweiten benachbarten Magnet spielfrei anliegt. Die genaue
Stellung der Lamellen 18 jedes Segments 17 zueinander ergibt
sich dabei individuell in Abhängigkeit
von der tatsächlichen
individuellen Dicke der beiden benachbarten Magnete. Demgemäß hängt auch
die durch die individuelle Stellung der Lamellen 18 zueinander definierte
Kontor jedes Segments 17 spezifisch von der individuellen
Dicke der beiden benachbarten Magnete 16 ab, indem sich
für jedes
Segment 17 genau jene Kontur ergibt, in der es spielfrei
an beiden benachbarten Magneten anliegt.
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Gemäß der in
den 9 bis 11 in seinen wesentlichen Schritten
veranschaulichten Verfahrensführung
wird zunächst
ein die Segmente 17 und die zwischen diesen angeordneten
Magnete 16 umfassender, zwei axial hintereinander angeordnete Rotorrohlingabschnitte 26a und 26b umfassender Rotorrohling 26 (8)
hergestellt, und zwar mit einem hinsichtlich des Durchmessers gegenüber dem Endmaß größeren Rohmaß. Die Segmente 17 sind hierzu,
wie weiter oben erläutert, übermäßig gespreizt.
Dieser Rotorrohling wird anschließend unter entsprechender Änderung
der Kontur der Segmente 17 auf sein Endmaß kalibriert.
Hierzu wird ein Kalibrierwerkzeug 27 eingesetzt, das im
wesentlichen aus einem Außenwerkzeug 28 und
einem Innenwerkzeug 29 besteht. Das ringförmige Außenwerkzeug 28 weist
einen der Aufnahme des Innenwerkzeugs 29 dienenden Innenraum 30 auf,
dessen Begrenzungswand 31 sich in Richtung der Werkzeugachse 32 in Form
eines Kegels konisch verjüngt.
Das Innenwerkzeug besteht demgegenüber aus einer Mehrzahl von Pressbacken 33,
die mit Abstand zueinander gleichmäßig um die Werkzeugachse herum
angeordnet sind und die jeweils eine zur Anlage an der Begrenzungswand 31 des
Außenwerkzeugs
bestimmte Außenfläche 34 aufweisen.
Die Pressbacken 33 definieren einen zylindrischen Innenraum 35,
der zur Aufnahme des Rotorrohlings 26 geeignet ist. Der
Rotorrohling 26 wird in den Innenraum 35 des Innenwerkzeugs 29 eingesetzt
(10). Anschließend
wird das Innenwerkzeug 29 in dem Außenwerkzeug 28 längs der
Werkzeugachse 32 verschoben (Pfeil A). Hierdurch werden
die Pressbacken 33 radial nach innen gedrückt, wodurch
sich der Außendurchmesser
des zunächst
mit Übermaß hergestellten
Rotorrohlings 26 entsprechend reduziert, und zwar unter
Verformung der Segmente 17 in der weiter oben erläuterten Weise.
Die Geometrien des Außenwerkzeugs 28 und des
Innenwerkzeugs 29 sind so aufeinander abgestimmt, dass
der Durchmesser des Rotorrohlings 26, wenn das Innenwerkzeug
den Anschlag 36 des Außenwerkzeugs
erreicht (11), auf sein Endmaß (Fertigmaß) reduziert
ist. In dieser Konfiguration der Lamellen 18, Segmente 17 und
Magnete 16 wird der Rotorrohling in ein (als solches bekanntes)
Spritzgießwerkzeug
eingelegt, in dem ein Kunststoffkörper 37 angespritzt
wird. Dieser umfasst eine zentrale Kunststoffnabe 38 mit
rippenartigen Vorsprüngen 39, die
in die radial innen an den Lamellen 18 vorgesehenen Verankerungsnuten 40 eingreifen.
Der Kunststoffkörper 37 ragt
jedoch insbesondere auch axial beidseits über die Länge des Rotorrohlings 26 hinaus und
bildet dort Kunststoffscheiben 41 aus, die den Rotorkörper stirnseitig
begrenzen. Die Rotorwelle 42 ist in die Kunststoffnabe 38 eingegossen;
zu diesem Zweck wird sie zusammen mit dem Rotorrohling 26 in das
Spritzgießwerkzeug
eingelegt.
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13 veranschaulicht
eine Abwandlung zu dem zuvor erläuterten
Ausführungsbeispiel,
indem am Außenumfang
des Rotorrohlings 26 eine dünnwandige Hülse 43 vorgesehen
ist. Diese wird auf den Rotorrohling 26 aufgebracht, nachdem
dieser auf sein Endmaß gebracht
worden ist.
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14 veranschaulicht
eine weitere Abwandlung zu dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel,
indem hier die Lamellen 18 zu ihrer Fixierung und Verankerung
in dem Kunststoffkörper
radial innen Verankerungsvorsprünge 44 aufweisen,
die in die zentrale Kunststoffnabe hineinragen.