Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotorkern für einen bürstenlosen Elektromotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, eine Rotoreinheit für einen bürstenlosen Elektromotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 8 sowie einen bürstenlosen Elektromotor und ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorkerns mit den Merkmalen des

Oberbegriffs des Anspruchs 12.

Aus dem Stand der Technik sind Elektromotoren bekannt, bei denen der Rotor Permanentmagnet trägt. Die Permanentmagnete sind um einen Rotorkern herum angeordnet und sitzen auf dessen Außenseite. Der Rotor definiert die geometrischen Achsen und Richtungen, die auch in dieser Beschreibung und den Patentansprüchen verwendet werden sollen. Eine Mittelachse fällt mit der Symmetrieachse des Rotors zusammen und stellt in dem Elektromotor auch die Drehachse des Rotors dar. In Richtung der Drehachse verläuft die

Axialrichtung der Anordnung. Die Radialrichtung ist durch zunehmenden Abstand von der Mittelachse gekennzeichnet. Die Permanentmagnete des Rotors liegen also in Radialrichtung außen. Tangential zu dem Rotor verläuft die Umfangsrichtung, an der jeder Richtungsvektor senkrecht zu einem Radius der Anordnung ausgerichtet ist.

Der Elektromotor weist nach dem Stand der Technik außerdem einen radial außerhalb des Rotors angeordneten Stator auf, der den Rotor außen ring- förmig umgibt. Der Stator enthält eine Anzahl von Elektromagneten, die im Allgemeinen von einem Eisenkern und einer Wicklung gebildet werden. Eine geeignete Bestromung der Wicklungen des Stators erzeugt ein drehendes Feld, das entsprechend ein Drehmoment in dem Rotor erzeugt. Der Stator ist in einem Motorgehäuse angeordnet, in dem der Rotor mit seiner Motorwelle drehbar gelagert ist.

Herkömmlicherweise wird der Rotorkern aus einer Vielzahl von Blechen im Wesentlichen gleichen Querschnitts zusammengefügt. Diese werden zu einem Lamellenpaket laminiert, das den Rotorkern bildet.

Es ist auch bekannt Innenläufer-Rotorkerne massiv auszubilden. Die

Offenlegungsschrift DE 10 2014 202 572 Al offenbart einen solchen aus Stahl gegossenen Kern.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotorkern, eine Rotoreinheit und einen Elektromotor zu schaffen, bei denen der Rotorkern besonders einfach und kostengünstig herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird von einem Innenläufer- Rotorkern für einen bürstenlosen Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer Rotoreinheit für einen bürstenlosen Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie von einem bürstenlosen Elektromotor und einem Verfahren zur Herstellung eines Rotorkerns mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.

Demnach ist ein Innenläufer-Rotorkern für einen bürstenlosen Elektromotor, aufweisend eine Mittelbohrung, vorgesehen, der einstückig, d. h. aus einem einzelnen Werkstück, ausgeformt ist und durch Kaltfließpressverfahren hergestellt ist. Der Rotorkern kann somit bei Umgebungstemperatur in der gewünschten Form in hohen Stückzahlen kostengünstig hergestellt werden. Vorzugsweise ist der Rotorkern aus einem weichen Stahl mit hohem

Eisengehalt gefertigt.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Rotorkern an der Außenseite flache Außenflächen auf, die jeweils die gleiche Größe und die gleiche Form aufweisen, und die in gleichförmigen Winkelabstand entlang der äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns verteilt sind, wobei zwischen jeweils zwei Außenflächen eine Nut vorgesehen ist, die von außen in Radialrichtung in die Kante eingeformt ist, die die beiden aneinander angrenzenden Außenflächen in diesem Bereich bilden. Vorzugsweise ist die Nut radial nach außen hin offen und verläuft parallel zu der Mittelachse des Rotorkerns. Insbesondere weist die Nut einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Es ist vorteilhaft, wenn insgesamt acht Außenflächen auf der Außenseite des Rotors vorgesehen sind.

Vorzugsweise sind an einem Ende des Rotorkerns in Axialrichtung Ausnehm- ungen zur Aufnahme von Magnethaltern angeordnet. Diese Ausnehmungen sind in Radialrichtung bevorzugt T-förmig und nach oben hin, in Axialrichtung, offen. Zudem ist vorteilhaft, wenn die Ausnehmungen in Axialrichtung eine konstante Tiefe aufweisen, diese Tiefe nimmt insbesondere nur einen kleinen Teil der Gesamtlänge des Rotorkerns in Axialrichtung ein, insbesondere weniger als 20%, bevorzugt weniger als 10%. Die Ausnehmungen lassen sich so besonders einfach bei der Herstellung des Rotorkerns

(Kaltfließpressverfahren) einbringen.

Vorzugsweise liegen die Ausnehmungen in Umfangsrichtung im Bereich der Kanten zwischen zwei aneinander angrenzenden Außenflächen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Rotorkern topfförmig und weist einen Boden auf, der von der Mittelbohrung durchsetzt ist, wobei der Innen- durchmesser der Mittelbohrung kleiner als der Innendurchmesser des Rotors im Bereich des Topfes (Innendurchmesser des Rotormantels) ist. Der Rotor- kern ist dadurch wesentlich leichter und kostengünstiger als herkömmliche Rotorkerne, weil ein Teil des Materials eingespart werden kann. Diese Struktur lässt sich beim Kaltfließpressverfahren einfach umsetzen.

Weiterhin ist eine Rotoreinheit für einen bürstenlosen Elektromotor aufweisend

- einen zuvor beschriebenen Innenläufer-Rotorkern, der eine Mittelachse umgibt,

- eine Mehrzahl von Permanentmagneten, die in einer Umfangsrichtung der Rotoreinheit um den Rotorkern herum angeordnet sind, und die jeweils eine plane äußere Anlagefläche, eine plane innere Anlagefläche, zwei axiale

Stirnflächen und zwei Seitenflächen aufweisen, wobei die planen inneren Anlageflächen an den flachen Außenflächen des Rotorkerns anliegen. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Rotoreinheit eine Mehrzahl an Magnetflussleitern auf, wobei jeweils ein Magnetflussleiter einem Permanent- magneten zugewiesen ist, und wobei die Magnetflussleiter jeweils eine konvexe äußere Umfangsfläche und eine plane innere Anlagefläche aufweisen, wobei die plane innere Anlagefläche des jeweiligen Magnetflussleiters in Anlage mit der planen äußeren Anlagefläche des entsprechenden

Permanentmagnetes steht, und die Magnetflussleiter jeweils einstückig ausgeformt sind.

Vorzugsweise weist die Rotoreinheit weiterhin einen Magnethalter auf, der eine Anzahl von Halteabschnitten aufweist, die jeweils zwischen zwei in Umfangs- richtung benachbarten Permanentmagneten und Magnetflussleitern ange- ordnet sind und die an einem Boden des Magnethalters angeformt sind, und die die Magnetflussleiter an den Permanentmagneten in Radialrichtung halten. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Halteabschnitte einen Schaftabschnitt und einen Kopfabschnitt aufweisen, wobei die Schaftabschnitte in einem Quer- schnitt entlang einer quer zu der Mittelachse verlaufenden Ebene T-förmig ausgebildet sind, so dass die Schaftabschnitte die Lage der Permanent- magneten und Magnetflussleiter in Radialrichtung fixieren.

Vorzugsweise sind die Schaftabschnitte zumindest teilweise in die axial verlaufende Nuten des Rotorkerns eingeführt. Zudem ist es vorteilhaft, wenn die Kopfabschnitte in die Ausnehmung des Rotorkerns, die im Bereich der Stirnfläche des Rotorkerns angeordnet sind, eingreift und somit eine Lage des Magnethalters gegenüber dem Rotorkern in axialer Richtung definiert.

Die Permanentmagnete sind bevorzugt quaderförmig, was ihre Herstellung deutlich vereinfacht.

Weiterhin ist ein bürstenloser Elektromotor mit einem Stator, einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Motorwelle, und mit einer zuvor beschriebenen, auf der Motorwelle befestigten Rotoreinheit vorgesehen.

Zudem ist ein Verfahren zur Herstellung eines Innenläufer-Rotorkerns für einen bürstenlosen Elektromotor aus einem einzelnen Werkstück vorgesehen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: • Bereitstellen einer Form,

• Kaltfließpressen einer Werkstückmasse mittels eines Bolzen in die Form und Ausformen eines Rotorkerns, aufweisend eine sich entlang einer Mittelachse erstreckende Mittelbohrung.

Vorzugsweise hat die Form einen Negativabdruck für an der Außenfläche des Rotorkerns angeordnete Nuten, die sich in Radialrichtung ausgehend von der Mittelachse erstrecken. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Form einen Negativabdruck für an einem Ende des Rotorkerns in Richtung der Mittelachse angeordnete Ausnehmungen aufweist, wobei die Ausnehmungen in Richtung der Mittelachse eine konstante Tiefe aufweisen und nach oben hin offen sind und in Radialrichtung einen Hinterschnitt aufweisen.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Form einen Negativabdruck für eine topfförmige Ausgestaltung des Rotorkerns auf. Somit kann Material und Gewicht des Rotorkerns eingespart werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der

Zeichnungen näher beschrieben. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleichen Funktionen tragen gleiche Bezugszeichen. Es zeigen :

Fig. 1 : eine Rotoreinheit in einer perspektivischen Darstellung mit

erfindungsgemäßem Rotorkern,

Fig. 2: eine perspektivische Ansicht des Rotorkerns, sowie

Fig. 3: einen Elektromotor mit der Rotoreinheit der Figur 1.

Die Figur 1 zeigt eine Rotoreinheit 1 mit einer Mittelachse 2, die mit einer vorgesehenen Drehachse der Rotoreinheit 1 zusammenfällt. Die Rotoreinheit 1 weist einen im Wesentlichen rotationssymmetrischen Rotorkern 3 auf, der eine Mittelbohrung 4 zur Aufnahme einer nicht dargestellten Motorwelle aufweist. Der Rotorkern ist ein Innenläufer-Rotorkern und Teil eines als Innenläufer ausgebildeten, bürstenlosen Elektromotors. Figur 2 zeigt im Detail den Rotor- kern 3. An seiner Außenseite weist der Rotorkern 3 flache Außenflächen 5 auf, und zwar in diesem Ausführungsbeispiel insgesamt acht Außenflächen 5, die jeweils die gleiche Größe und die gleiche Form aufweisen, und die in gleich- förmigen Winkelabstand entlang der äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns 3 verteilt sind. Der Rotorkern 3 ist einstückig hergestellt. Er besteht also nicht aus mehreren, aufeinanderliegenden Lamellen, beziehungsweise er liegt nicht als geschichteter Kern vor. Er ist aus einem einzelnen Werkstück mit einem einzelnen Werkstoff gebildet. Es werden daher keine weiteren Elemente, die den Rotorkern bilden angeformt. Er besteht bevorzugt aus einem weichen Stahl mit hohem Eisengehalt und ist bevorzugt im Kaltpressverfahren hergestellt, zum Beispiel C15E oder ein ähnliches Material. Zwischen jeweils zwei Außenflächen 5 ist eine Nut 6 vorgesehen, die von außen in Radial- richtung in die Kante eingeformt ist, die die beiden aneinander angrenzenden Außenflächen 5 in diesem Bereich bilden. Die Nut 6 ist radial nach außen hin offen und verläuft parallel zu der Mittelachse 2. An den Außenflächen 5 liegen insgesamt acht quaderförmige Permanentmagnete 7 an, die einen recht- eckigen Querschnitt mit einer inneren planen Anlagefläche 8, einer äußeren planen Anlagefläche 9, und zwei planen Seitenflächen 10,11 aufweisen. Die innere Anlagefläche 8 der Permanentmagnete 7 weist radial nach innen zu dem Rotorkern 3 und die äußere Anlagefläche 9 liegt der inneren Anlagefläche gegenüber und weist radial nach außen, von dem Rotorkern 3 weg. Die Seitenflächen 10,11 erstrecken sich in radialer Richtung, senkrecht zu den Anlageflächen 8,9. Schließlich weisen die Permanentmagnete 7 noch axiale Stirnflächen 12 auf. Die Permanentmagnete 7 sind bevorzugt aus Neodym oder Ferriten hergestellt und werden vorzugsweise in einem Sinterprozess gefertigt.

An den äußeren Anlageflächen 9 der Permanentmagnete liegen jeweils

Magnetflussleiter 14 an, die jeweils die gleiche Größe und die gleiche Form aufweisen, und die in gleichförmigen Winkelabstand entlang der äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns 3 verteilt sind. Die Magnetflussleiter 14 weisen jeweils eine plane Anlagefläche 15 auf, sowie eine konvexe äußere Umfangs- fläche 16 und Seitenflächen 17 und 18. Die plane Anlagefläche 15 der Magnet- flussleiter weist radial nach innen zu dem Rotorkern 3 und die konvexe äußere Umfangsfläche 16 weist radial nach außen von dem Rotorkern 3 weg. Die Seitenflächen 17 und 18 der Magnetflussleiter erstrecken sich in etwa jeweils in Radialrichtung und liegen sich in Umfangsrichtung gegenüber. Schließlich weisen die Magnetflussleiter 14 noch axiale Stirnflächen 19, 20 auf. Die

Magnetflussleiter 14 liegen mit ihrer planen Anlagefläche 15 in Anlage mit der äußeren Anlagefläche 9 der Permanentmagnete und erstrecken sich über einen Bereich von wenigstens 80% der Breite der äußeren Anlagefläche in Umfangsrichtung. In Axialrichtung weisen die Permanentmagnete 7 und die Magnetflussleiter 14 bevorzugt dieselbe Länge auf. Der Radius der Konvexität der äußeren Umfangsfläche 16 des Magnetflussleiters 14 ist kleiner als oder gleich wie der Radius der Einhüllenden des Rotorkerns, insbesondere

mindestens halb so groß wie der Radius der Einhüllenden. Die Magnetfluss- leiter 14 sind bevorzugt aus einem weichen Stahl mit einem hohen Eisengehalt gefertigt, zum Beispiel aus C15E oder einem ähnlichen Material. Die Magnet- flussleiter 14 sind dabei vorzugsweise einstückig, bestehen also nicht aus mehreren, aufeinanderliegenden Lamellen beziehungsweise liegen nicht als geschichteter Kern vor. Sie werden vorzugsweise in einem Strangpress- verfahren hergestellt und auf ihre sich in Axialrichtung erstreckende Länge zugeschnitten. Die Seitenflächen 17,18 der Magnetflussleiter 14 werden durch Entgraten der Kanten gebildet. Die Magnetflussleiter 14 sind dazu vorgesehen, die mittels der Permanentmagnete 7 erzeugten Magnetflüsse zu beeinflussen. Durch die Konvexität der Magnetflussleiter 14 wird der Magnetfluss so fokussiert, dass sich ein begrenzter Bereich mit höherer Flussdichte in

Radialrichtung nach außen, von dem Rotorkern 3 weggehend, ausformt.

Die Permanentmagnete 7 und Magnetflussleiter 14 werden an dem Rotorkern 3 mittels eines Magnethalters 21 gehalten. Der Magnethalter 21 besteht bevorzugt aus einem spritzfähigen Kunststoff, vorzugsweise

Polybutylenterephthalat mit 30% Glasfaser (PBT 30) oder Polyamid (PA), und wird vorzugsweise in einem Spritzgussverfahren hergestellt. Der Magnethalter 21 weist Halteabschnitte 22 auf, die jeweils einen Schaftabschnitt 23 und einen Kopfabschnitt 24 aufweisen, wobei der Schaftabschnitt 23 mittel eines Stegs in die Nut 7 hinein reicht und dort formschlüssig gehalten ist. Die

Schaftabschnitte 23 der Halteabschnitte 22 gehen senkrecht von einem ringförmigen Boden 25 des Magnethalters 21 ab. Die Halteabschnitte 22 sind dabei außen an dem Boden 25 angeformt. Der Boden 25 ist so dimensioniert, dass der Rotorkern 3, die Permanentmagnete 7 und die Magnetflussleiter 14 mit ihrer einen Stirnseite zumindest teilweise auf dem Boden aufliegen. Der Kopfabschnitt 24 ist an der bodenfernen Seite des Schaftabschnitts 23 angeformt und erstreckt sich in Radialrichtung der Anordnung, von dem

Schaftabschnitt 23 in Richtung des Rotorkerns 3. Die Permanentmagnete 7 und die Magnetflussleiter 14 werden von den Halteabschnitten 22 in Umfangs- richtung der Rotoreinheit 1 fixiert, indem sie mit ihren Seitenflächen an dem jeweils benachbarten Schaftabschnitt 23 anliegen. In Radialrichtung nach außen werden die Permanentmagnete 7 und die Magnetflussleiter 14 ebenfalls von den Schaftabschnitten 23 gehalten. Die Schaftabschnitte 23 weisen dafür einen Sitz für die Permanentmagnete 7 und einen Sitz für die Magnetflussleiter 14 auf. Die Schaftabschnitte 23 sind dafür im Querschnitt im Wesentlichen T- förmig ausgeformt, wobei der sich in Radialrichtung erstreckende Teil in die Nut 6 greift und der sich in Umfangsrichtung erstreckende Teil die Magnet- flussleiter 14 und die Permanentmagnete 7 in Radialrichtung in Position hält. Der Kopfabschnitt 24 greift in eine korrespondierende Ausnehmung 26 des Rotorkerns 3, die im Bereich der Stirnfläche des Rotorkerns 3 angeordnet ist und bildet somit eine Fixierung des Magnethalters 21 gegenüber dem Rotor- kern 3 in axialer Richtung mit Hilfe des Bodens 25 des Magnethalters 21. Der Kopfabschnitt 24 ist weiterhin in radialer Richtung derart ausgeformt, dass er in Hinterschnitte der Ausnehmung greift und somit den Magnethalter 21 an dem Rotorkern 3 zusätzlich in Radialrichtung fixiert. Die Permanentmagnete 7 werden in den Magnethalter 21 in Richtung auf den Boden 25 zugehend hereingeschoben. Die Schaftabschnitte 23 dienen dabei als Führung. Der Boden 25 dient als Anschlag in axialer Richtung. Nachdem die Permanent- magnete 7 eingesetzt wurden, werden die Magnetflussleiter 21 in der gleichen Richtung eingeschoben, auch hier dienen die Schaftabschnitte 23 als Führung und der Boden 25 als Anschlag. Zum Schluss wird eine nicht dargestellte Hülse auf die Rotoranordnung in Richtung auf den Boden zugehend aufgeschoben, die die Stirnflächen der Elemente 7,14,3 auf der bodenabgewandten Seite überdeckt und somit die Lage der Permanentmagnete 7 und der Magnetfluss- leiter 14 in Axialrichtung mit Hilfe des Bodens 25 relativ zu dem Magnethalter 21 fixiert. Der Rotorkern 3 ist topfförmig mit einem kreisscheibenförmigen Boden 301 und einem Mantel 302 ausgebildet, wobei der Mantel 302 auf der Innenseite 303 zylinderförmig ist. Der Boden 301 wird von der Mittelbohrung 4

durchsetzt. Diese Form lässt sich besonders genau und kostengünstig im Kaltfließpressverfahren umsetzen. Eine Nachbearbeitung, wie sie beim Gießen aus Stahl notwendig ist, bleibt aus. Der Innendurchmesser der Mittelbohrung 4 ist kleiner als der Innendurchmesser des Mantels 302. Der Rotorkern 3 ist somit nicht vollflächig bis zur Motorwelle ausgefüllt, wodurch er deutlich leichter als herkömmliche Rotorkerne ist. Zudem kann Material eingespart werden, wodurch die Herstellungskosten weiter reduziert werden können. Der Rotorkern 3 hat durch die topfförmige Form ein besonderes dynamisches Verhalten und eine geringe Trägheit, was insbesondere bei Lastwechseln von Vorteil ist.

An einem Ende des Rotorkerns 3 in Axialrichtung bzw. an der Stirnfläche 304 des Mantels 302 sind die Ausnehmungen 26 angeordnet. Die Ausnehmungen 26 erstrecken sich T-förmig, im Allgemeinen in Radialrichtung, wobei der querliegende Bereich der Ausnehmung 261 in Umfangsrichtung orientiert ist und der dazu senkrechte Bereich 262 in Radialrichtung nach außen, von dem querliegenden Bereich 261 abgeht. Die Ausnehmung 26 ist somit nach oben hin, in Axialrichtung, offen und in Radialrichtung einseitig offen, wobei die in Radialrichtung liegende Öffnung 263 eine lichte Breite aufweist, die kleiner ist als die Breite der Ausnehmung 26 in Umfangsrichtung. Die Ausnehmung 26 weist somit in Radialrichtung einen Hinterschnitt 264 auf. In Axialrichtung weist die Ausnehmung 26 eine konstante Tiefe und keine Hinterschnitte auf.

Die Tiefe der Ausnehmung 26 ist dabei bevorzugt in einem Bereich zwischen 0,5 mm und 1,5 mm, insbesondere maximal 2 mm in Axialrichtung. Durch die Einfachheit der Ausnehmungen 26 können diese beim Kaltfließpressen des Rotorkerns 3 mit ausgebildet werden. Es bedarf daher keiner Nachbearbeitung zur Ausformung der Ausnehmungen 26, was die Herstellung des Rotorkerns 3 stark vereinfacht und die Kosten reduziert. Die Ausnehmungen 26 liegen in Umfangsrichtung im Bereich der Kanten zwischen zwei aneinander

angrenzenden Außenflächen 5. Von jeweils einer Ausnehmung 26 an dem einen Ende des Rotorkerns hin zu dem anderen Ende des Rotorkerns erstreckt sich entlang der Kanten, zwischen zwei aneinander angrenzenden Außen- flächen 5 jeweils eine Nut 6 in Axialrichtung. Die Nuten 6 sind radial nach außen hin offen und verlaufen parallel zu der Mittelachse 2. Sie werden ebenfalls bei der Ausformung des Rotorkerns 3 mit ausgebildet und bedürfen keiner Nachbearbeitung. Der in Figur 1 dargestellte Magnethalter 21 greift in die Nuten 6 und die Ausnehmungen 26 ein und kann im Zusammenspiel mit dem Rotorkern 3 die Lage der Permanentmagnete 7 und der Magnetflussleiter 14 in Radialrichtung fixieren.

Figur 3 zeigt einen Elektromotor 27 in einer Querschnittsdarstellung mit erfindungsgemäßem Rotorkern 3. Der Elektromotor 27 umfasst den Stator 28. Innerhalb des Stators 28 ist die Rotoreinheit 1 mit Rotorkern 3 in an sich bekannter Weise drehbar gelagert. Die Anordnung ist umgeben von einem Motorgehäuse 29, dass Wälzlager 30 zur drehbaren Lagerung der Rotoreinheit 1 trägt.