Bürstenloser Gleichstrommotor

Die Erfindung betrifft einen bürstenlosen Gleichstrommotor, insbesondere zum Antrieb eines elektrisch betriebenen Kompres ^¬ sors eines Kraftfahrzeuges, mit einem Spulen aufweisenden Sta ^¬ tor und einem, radial innerhalb des Stators angeordneten und mehrere Permanentmagnete aufweisenden Rotor und mit einem Trä ^¬ gerelement des Rotors zur Halterung der Permanentmagnete.

Solche bürstenlosen Gleichstrommotoren werden in Kraftfahrzeu ^¬ gen für verschiedene Antriebe eingesetzt und sind aus der Pra ^¬ xis bekannt. Die Permanentmagnete des Rotors werden nach dem Stand der Technik mit Kunststoff umspritzt. Weiterhin ist aus der Praxis bekannt, die Permanentmagnete mit einer Hülse auf dem Trägerelement zu befestigen.

Nachteilig bei den bekannten Gleichstrommotoren ist jedoch, dass eine Umspritzung oder eine Hülse zu einer Vergrößerung des Abstandes der Permanentmagnete von den Spulen führt. Ein großer Abstand führt jedoch zu einer hohen magnetischen Streuung und damit zu einem geringen Wirkungsgrad des Gleichstrommotors. Das Überschieben einer Hülse über die Permanentmagnete führt zudem zu einem sehr hohen Montageaufwand des Gleichstrommotors.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Gleichstrommo ^¬ tor der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass er ei ^¬ ne zuverlässige Befestigung der Permanentmagnete ermöglicht und besonders geringe Abstände zwischen den Permanentmagneten des Rotors und den Spulen des Stators ermöglicht.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Permanentmagnete unmittelbar einen Luftspalt gegenüber dem Ro- tor begrenzen und gegen den Umfang des Trägerelementes vorge ^¬ spannt sind.

Durch diese Gestaltung können die Permanentmagnete unmittelbar vor den Spulen des Stators angeordnet sein. Die besonders enge Bemessung des Luftspalts wird daher nahezu ausschließlich durch eine Wärmeausdehnung und durch Fertigungstoleranzen der angren ^¬ zenden Bauteile des Stators und des Rotors begrenzt. Durch die ^¬ se Gestaltung weist der erfindungsgemäße Gleichstrommotor einen hohen Wirkungsgrad auf. Bauteile zur Halterung der Permanent ^¬ magnete müssen dank der Erfindung nicht mehr vor den Permanent ^¬ magneten angeordnet werden. Die Vorspannung kann so gewählt werden, dass der Fliehkraft entgegen gewirkt wird. Damit ge ^¬ währleistet die Vorspannung eine zuverlässige Befestigung der Permanentmagnete auch bei hohen Drehzahlen. Der erfindungsgemä ^¬ ße bürstenlose Gleichstrommotor eignet sich daher insbesondere zum Antrieb eines elektrisch betriebenen Kompressors einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges. Zudem lässt sich der Rotor dank der Erfindung besonders kostengünstig montieren.

Die Vorspannung der Permanentmagnete gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders einfach, wenn mit dem Trägerelement verbundene Federelemente einen parallel zur Drehachse des Rotors angeordneten, eine Ver ^¬ breiterung aufweisenden Rand der Permanentmagnete hintergrei ^¬ fen .

Ein Luftspalt zwischen den Permanentmagneten des Rotors und den Spulen des Stators lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders gering halten, wenn die Permanentmagnete jeweils an ihren parallel zur Drehachse ange ^¬ ordneten Rändern angeordnete Vertiefungen zur Aufnahme eines Teilbereichs der Federelemente haben. Die Federelemente lassen sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders einfach mit dem Träger ^¬ element verbinden, wenn die Federelemente einen parallel zur Drehachse des Rotors angeordneten Rand des Trägerelementes hin ^¬ tergreifen .

Der Rotor gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Wei ^¬ terbildung der Erfindung konstruktiv besonders einfach, wenn das Trägerelement mehrere parallel zur Drehachse des Rotors an ^¬ geordnete Hohlkehlen zur Aufnahme eines Endes der Federelemente hat .

Die Federelemente lassen sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders kostengünstig fertigen, wenn die Federelemente im Querschnitt C-förmig gestaltet sind.

Die Federelemente sind gemäß einer anderen vorteilhaften Wei ^¬ terbildung zuverlässig in ihrer Lage gehalten, wenn zwei Feder ^¬ elemente zur Halterung einander benachbarter Permanentmagnete gegeneinander abgestützt sind. Durch diese Gestaltung sind die Federelemente an dem Permanentmagnet, dem Trägerelement und dem benachbarten Federelement insgesamt an drei Stellen abgestützt. Damit weist der Rotor eine hohe Stabilität auf. Dies führt zu ^¬ dem zu einem besonders kleinen Bauraum der Halterung der Perma ^¬ nentmagnete .

Die Anzahl an Bauteilen des bürstenlosen Gleichstrommotors lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders gering halten, wenn die Anzahl der Feder ^¬ elemente gleich der Anzahl der Permanentmagnete ist und wenn die Federelemente jeweils zwischen zwei einander benachbarten Permanentmagneten angeordnet sind.

Der bürstenlose Gleichstrommotor ist gemäß einer anderen vor ^¬ teilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders für hohe Dreh- zahlen geeignet, wenn die Federelemente jeweils in einem mitt ^¬ leren Abschnitt in der Hohlkehle des Trägerelements gehalten sind und mit den äußeren Abschnitten jeweils einander benach ^¬ barte Permanentmagnete abstützen. Durch diese Gestaltung ist die Vorspannung der Permanentmagnete über den Umgang des Trä ^¬ gerelementes besonders gleichmäßig. Dies verhindert starke Be ^¬ lastungen der Ränder der Permanentmagnete.

Die Fertigung der Permanentmagnete und des Trägerelementes ges ^¬ talten sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders kostengünstig, wenn die Permanentmagnete und das Trägerelement plane Anlageflächen aufweisen.

Eine zusätzliche Lagefixierung der Federelemente und damit auch der Permanentmagnete lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaf ^¬ ten Weiterbildung der Erfindung einfach erreichen, wenn die Fe ^¬ derelemente und ein die Federelemente halternder Teilbereich des Trägerelementes von Kunststoff umspritzt ist.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weite- ren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind zwei davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 schematisch einen Querschnitt durch einen bürstenlo ^¬ sen Gleichstrommotor,

Fig. 2 stark vergrößert einen Teilbereich eines Rotors des

Gleichstrommotors aus Figur 1,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform des Rotors.

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform des Rotors. Figur 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen bürs ^¬ tenlosen Gleichstrommotor mit einem feststehenden Stator 1 und einem um eine senkrecht zur Zeichenebene angeordnete Drehachse 2 drehbar gelagerten Rotor 3. Der Stator 1 hat mehrere Spulen 4, 4' . Der Rotor 3 hat mehrere, auf einem Trägerelement 5 ange ^¬ ordnete Permanentmagnete 6, 6'. Das Trägerelement 5 ist als Blechpaket ausgebildet. Zwischen den Permanentmagneten 6, 6' und den Spulen 4, 4' befindet sich ein Luftspalt 7. Die Perma ^¬ nentmagnete 6, 6' begrenzen damit unmittelbar den Luftspalt 7. Die Permanentmagnete 6, 6' und das Trägerelement 5 weisen plane Anlageflächen 8 auf. Der Rotor 3 hat Federelemente 9, 9' zur Vorspannung der Permanentmagnet 6, 6' gegen das Trägerelement 5.

Figur 2 zeigt stark vergrößert einen aneinandergrenzenden Be ^¬ reich zweier Permanentmagnete 6, 6' und des Trägerelementes 5 des Rotors 3. Die Federelemente 9, 9' sind jeweils C-förmig gestaltet und hintergreifen jeweils einen Rand 10, 10' der Per ^¬ manentmagnete 6, 6'. Das Trägerelement 5 weist eine Hohlkehle 11 auf, welche die Federelemente 9, 9' hintergreifen. Die Hohl ^¬ kehle 11 und die Ränder 10, 10' der Permanentmagnete 6, 6' sind senkrecht zur Zeichenebene und damit parallel zur Drehachse 2 des Rotors 3 angeordnet. Die Ränder 10, 10' haben jeweils eine Vertiefung 12, 12' zur Aufnahme eines Teilbereichs der Feder ^¬ elemente 9, 9' . Weiterhin zeigt Figur 2, dass sich einander be ^¬ nachbarte Federelemente 9, 9' aneinander abstützen.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Rotors 3 im an ^¬ einandergrenzenden Bereich zweier Permanentmagnete 6, 6', wel- che sich von der aus Figur 2 nur dadurch unterscheidet, dass die Federelemente 10, 10' im aneinandergrenzenden Bereich eine Umspritzung 13 mit Kunststoff aufweisen. Die Umspritzung 13 fi ^¬ xiert die Federelemente 10, 10' in ihrer dargestellten Lage. Figur 4 zeigt einen Rotor 14 für den in Figur 1 dargestellten bürstenlosen Gleichstrommotor, welcher sich von dem aus Figur 1 dadurch unterscheidet, dass die Anzahl an Permanentmagneten 15, 15' gleich der Anzahl an Federelementen 16 ist. Die Federele- mente 16 sind in einem mittleren Abschnitt 17 in Hohlkehlen 18 eines Trägerelementes 19 gehalten und hintergreifen Ränder 20, 20' der Permanentmagnete 15, 15'. Zur Formschlüssigen Halterung in der Hohlkehle 18 hat der mittlere Abschnitt 17 des Federele ^¬ mentes 16 die Form einer Windung.