Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, der vorzugsweise in einem Aktor einer Betä tigungseinrichtung eines Kraftfahrzeuges eingesetzt ist, mit einem Stator und einem relativ zu dem Stator um eine Drehachse drehbar gelagerten Rotor, wobei der Rotor ferner einen Grundkörper, mehrere entlang einer Umfangsrichtung verteilt und relativ zueinander beabstandet an einer radialen Seite des Grundkörpers aufgenommene Magnetelemente, sowie eine den Grundkörper und die Magnetelemente abdeckende Berstschutzhülse aufweist, und wobei die Berstschutzhülse mehrere, jeweils ein Mag netelement direkt kontaktierende Abdecksegmente und mehrere, jeweils zwei benach barte Abdecksegmente miteinander verbindende Brückenbereiche aufweist.

Gattungsgemäße Elektromotoren sind aus dem Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Demnach offenbart bspw. die DE 10 2018 108 595 A1 einen Motor mit Berst schutzhülse mit magnetischen und weniger magnetischen Abschnitten. Somit ist es bereits bekannt, Rotoren von Elektromotoren mit Berstschutzhülsen auszustatten, die dafür sorgen, dass sich während des Betriebs des Elektromotors lösende Bauteile nicht unmittelbar einen Schaden weiterer Bestandteile des Elektromotors bewirken.

Ein Nachteil dieser aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen besteht je doch darin, dass deren Herstellaufwand relativ groß ist. Denn zumeist wird zum Fixie ren der Magnetelemente eine Klebeverbindung eingesetzt, um diese Magnetelemente fest an den Grundkörper des Rotors anzubinden. Der Herstellaufwand dieser verkleb ten Rotoren ist jedoch relativ groß. Auch sind die entstehenden Nachteile für den magnetischen Widerstand in dem Magnetkreis zwischen Stator und Rotor durch das Vorsehen dieser Klebeverbindungen relativ hoch.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik be kannten Nachteile zu beheben und insbesondere einen Elektromotor zur Verfügung zu stellen, der mit einem reduzierten Aufwand herstellbar und montierbar ist sowie ei nen möglichst hohen Wirkungsgrad aufweist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Berstschutzhülse direkt zur Hal terung der Magnetelemente relativ zu dem Grundkörper eingesetzt ist, wobei die Brü ckenbereiche eine geringere Biegesteifigkeit in Umfangsrichtung aufweisen als die Abdecksegmente.

Durch die Brückenbereiche werden gezielt gegenüber den Abdecksegmenten weniger steife Bereiche in die Berstschutzhülse eingebracht, die bewirken, dass die Berst schutzhülse in Gänze um ein gewisses Maß (auf-) dehnbar ist. Somit wird die Mon tage der Berstschutzhülse deutlich erleichtert und im Falle von einer hohen Überde ckung in dem Pressverband zu den Rotormagneten überhaupt ermöglicht. Im Ver gleich zu Ausführungen des Standes der Technik wird der Montageaufwand durch das Wegfallen einer bisher verwendeten Verklebung signifikant reduziert.

Weiterführende erfindungsgemäß Ausführungen sind mit den Unteransprüchen bean sprucht und nachfolgend näher erläutert.

Demnach ist es weiterhin von Vorteil, wenn die Berstschutzhülse über einen Presssitz auf dem an dem Grundkörper angebrachten Magnetelementen / auf dem durch Grundkörper und Magnetelementen gebildeten Vorzusammenbau fixiert ist. Dadurch ist eine möglichst robuste Befestigung der Berstschutzhülse gewährleistet.

Wenn der jeweilige Brückenbereich eine rillenförmige Vertiefung aufweist, weist der Brückenbereich eine möglichst einfach herstellbare Form auf. Die rillenförmige Vertie fung ist vorzugsweise biegetechnisch oder tiefziehtechnisch ausgeformt.

Ist der jeweilige Brückenbereich zu einem axialen Ende oder zu beiden axialen Enden der Berstschutzhülse geöffnet, weist dieser über seine Länge hinweg eine möglichst gleichbleibende Biegesteifigkeit auf, wodurch der Montageaufwand weiter reduziert wird. Weist die Berstschutzhülse an einem axialen Ende eine Durchmesserveränderung, vorzugsweise eine Durchmessererweiterung, auf, wird auf einfache Weise eine Mon tagehilfe für die Berstschutzhülse zur Verfügung gestellt. Denn durch eine derartige Durchmesserveränderung kann die Berstschutzhülse auf den Vorzusammenbau be stehend aus Grundkörper und Magnetelementen aufgeschoben bzw. in diesen einge schoben und in der Anfangsphase des Montageprozesses geführt werden.

In diesem Zusammenhang ist es weiterhin zweckmäßig, wenn an dem axialen Ende der Berstschutzhülse jedes Abdecksegment, unter Ausbildung der Durchmesserver änderung, einen in axialer Richtung schräg abstehenden Fortsatz aufweist.

Diesbezüglich ist es ebenfalls zweckmäßig, wenn jeder Brückenbereich zu dem axia len Ende der Berstschutzhülse hin, unter Ausbildung der Durchmesserveränderung, mit einer ansteigenden Flanke ausgestattet ist.

In anderen Worten ausgedrückt ist folglich die Durchmesserveränderung bevorzugt durch einen sich konisch erweiternden oder verjüngenden Ringkranz ausgebildet. Dadurch ergibt sich eine möglichst einfach herstellbare Einführhilfe beim Einschieben des Zusammenbaus aus Grundkörper und Magnetelementen in die Berstschutzhülse. Dieser Ringkranz wird besonders bevorzugt unmittelbar beim Ausformen der Berst schutzhülse mit ausgestaltet, vorzugsweise durch ein stanztechnisches Bearbeiten o- der einen Tiefziehschritt.

Der Rotor ist des Weiteren derart relativ zu dem Stator angeordnet, dass die Fortsätze axial neben den Magnetelementen angeordnet sind. Dadurch wird die Leistungsfähig keit des Elektromotors durch das Vorsehen des Ringkranzes nicht nachteilig beein flusst.

Des Weiteren hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Elektromotor als ein bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß eine hinsichtlich Herstellbarkeit und Montierbarkeit verbesserte Ausführung eines BLDC-Rotors mit Oberflächenmag neten (Magnetelemente) und Berstschutzhülse ohne Verklebung der Magneten reali siert.

Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Elektromotors nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wobei der Gesamtaufbau des Elektromotors übersichtlich zu erkennen ist,

Fig. 2 eine Detailansicht des in Fig. 1 mit „II“ gekennzeichneten Bereiches an ei nem axialen Ende einer Berstschutzhülse eines Rotors,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Elektromotors nach Fig. 1 ,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung der in der Fig.1 bis 3 eingesetzten Berst schutzhülse von einer Vorderseite,

Fig. 5 eine Detailansicht des in Fig. 4 mit „V“ gekennzeichneten Bereiches zur Veranschaulichung eines sich erweiternden Ringkranzes der Berstschutz hülse,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung der Berstschutzhülse von einer Rückseite,

Fig. 7 zwei Seitenansichten der Berstschutzhülse, wobei eine linke Teildarstellung die gesamte Berstschutzhülse zeigt und eine rechte Teildarstellung einen winklig abstehenden Fortsatz des Ringkranzes erkennen lässt,

Fig. 8 eine Querschnittsdarstellung des Rotors mit Berstschutzhülse,

Fig. 9 eine Detailansicht des in Fig. 8 mit „IX“ gekennzeichneten Bereichs,

Fig. 10 eine perspektivische Darstellung des mit Fig. 9 gezeigten Detailbereichs, Fig. 11 eine perspektivische Darstellung des im Längsschnitt gezeigten Rotors,

Fig. 12 eine perspektivische Ansicht des teilweise explodierten Elektromotors, wo bei der Rotor und der Stator separat zueinander dargestellt sind, sowie

Fig. 13 eine Explosionsdarstellung des Rotors.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Ver ständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen ver sehen.

Mit Figuren 1 , 3 und 12 ist ein grundlegender Aufbau eines erfindungsgemäßen Elekt romotors 1 gut zu erkennen. Der Elektromotor 1 ist mit einem gesamtheitlich ringför mig ausgebildeten Stator 2 ausgestattet. Der Stator 2 weist in dieser Ausführung meh rere in axialer Richtung, d.h. entlang einer Drehachse 3 eines Rotors 4 des Elektromo tors 1 , gestapelt angeordnete Statorbleche 17 auf. Die Statorbleche 17 sind an einem Statorgehäuse / Statorträger 18 aufgenommen. Auf typische Weise sind weiterhin Wicklungen 19 vorgesehen, die in Fig. 1 zu den axialen Stirnseiten des Paketes 20 an Statorblechen 17 im Schnitt erkennbar sind.

Des Weiteren ist (in Bezug auf die Drehachse 3) radial innerhalb des Stators 2 ein verdrehbar gelagerter Rotor 4 angeordnet. Der Rotor 4 ist in dieser Ausführung somit als Innenläufer umgesetzt. In weiteren Ausführungen ist dieser jedoch prinzipiell auch als Außenläufer umsetzbar.

Der Rotor 4 weist in dieser Ausführung einen einteiligen Grundkörper 5 auf. Dieser Grundkörper 5 ist auch als Rotorträger bezeichnet. Der Grundkörper 5 ist vorzugs weise als Sinterbauteil umgesetzt. Der Grundkörper 5 ist in weiteren erfindungsgemä ßen Ausführungen alternativ auch mehrteilig mit mehreren gestapelt zu einem Blech paket angeordneten Rotorblechen (jeweils vorzugsweise aus Elektroblech hergestellt) ausgestattet. Auf dem Grundkörper 5 sitzen mehrere in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt ange ordnete Magnetelemente 7, hier in Form von Permanentmagneten. Unter Umfangs richtung ist eine Richtung entlang einer gedachten, koaxial zu der Drehachse 3 verlau fenden Kreislinie zu verstehen. Die Magnetelemente 7 sitzen auf einer radialen Seite 6, hier einer radialen Außenseite des Grundkörper 5. In diesem Zusammenhang wird auch auf die Fign. 8 bis 13 verwiesen, die den Aufbau des Rotors 4 näher erkennen lassen. Die im Querschnitt betrachtet kreisbogensegmentförmigen Magnetelemente 7 stützen sich unmittelbar auf einer radialen Außenfläche 21 (Außenmantelfläche) des Grundkörpers 5 ab.

Erfindungsgemäß ist auf den Vorzusammenbau bestehend aus Grundkörper 5 und Magnetelementen 7 eine Berstschutzhülse 8 aufgepresst / über einen Presssitz 16 fi xiert. Die Berstschutzhülse 8 ist, unter Flalterung der Magnetelemente 7 an dem Grundkörper 5, radial von außen auf die Magnetelemente 7 aufgepresst.

Die Berstschutzhülse 8 ist in Umfangsrichtung durchgängig, d. h. vollständig ringför mig ausgebildet. Die Berstschutzhülse 8 ist gemäß den Fign. 4 bis 7 mit mehreren un terschiedlich steifen Bereichen versehen. Die Berstschutzhülse 8 weist dazu mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, plattenförmige Abdecksegmente 9 auf, die sich in Umfangsrichtung kreisbogensegmentförmig (einer Außenoberfläche der Mag netelemente 7 folgend) erstrecken. Jedes Abdecksegment 9 liegt folglich flächig von radial außen auf einem Magnetelement 7 auf. Zwei jeweils in Umfangsrichtung be nachbart angeordnete Abdecksegmente 9 sind über einen Brückenbereich 10 verbun den. Dieser Brückenbereich 10 ist hinsichtlich seiner Biegesteifigkeit in Umfangsrich tung gesehen gezielt gegenüber den Abdecksegmenten 9 durch die Gestaltung seiner Geometrie verringert / reduziert.

Unter genauerer Betrachtung weist jeder Brückenbereich 10 eine rillenförmige Vertie fung 11 auf. Die Vertiefung 11 verläuft in der axialen Richtung der Berstschutzhülse 8. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft die Vertiefung 11 über die gesamte (axiale) Länge der Berstschutzhülse 8 durchgängig. Wie bspw. in Fig. 6 gut zu erken nen ist, ist die Vertiefung 11 zu einem ersten axialen Ende 12a der Berstschutzhülse 8 vollständig geöffnet; auch zu einem dem ersten axialen Ende 12a gegenüberliegen den zweiten axialen Ende 12b ist die Vertiefung 11 geöffnet. Im Vergleich zu dem ers ten Ende 12a ist die Vertiefung 11 jedoch nur zu einem Teil geöffnet, was durch eine nachfolgend näher beschriebene Durchmesserveränderung bedingt ist. Somit ergibt sich eine Geometrie der Berstschutzhülse 8, die aufdehnbar bzw. komprimierbar ist.

Jeder Brückenbereich 10 bildet einen radialen Spalt / Abstand 22 zu einer radialen Er hebung 23 des Grundkörpers 5 aus (Fig. 9). Die Erhebungen 23 des Grundkörper 5 dienen dabei zur Vorpositionierung der Magnetelemente 7. Die Vertiefungen 11 ragen somit in einen umfangsseitigen Zwischenraum zwischen zwei benachbarte Magne telementen 7 in radialer Richtung hinein.

Des Weiteren ist die Berstschutzhülse 8 mit einer Art Einführhilfe / Montagehilfe aus gestattet. Die Berstschutzhülse 8 ist zu diesem Zwecke zu ihrem zweiten axialen Ende 12b hin mit einer Durchmesserveränderung, hier einer (Innen-) Durchmesserer weiterung umgesetzt. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, schließt an jedes Abdecksegment 9 ein axialer Fortsatz 13 an, der sich in axialer Richtung schräg zu dem Abdecksegment 9 erstreckt. Zugleich ist die Vertiefung 11 in ihrer Tiefe zu dem zweiten Ende 12b hin reduziert. Jede Vertiefung 11 / jeder Brückenbereich 10 weist folglich zu dem zweiten Ende 12b hin eine konisch ansteigende Flanke 14 auf (Fig. 7). Durch die Fortsätze 13 und die Flanken 14 ergibt sich gesamtheitlich ein die Durchmesserveränderung um setzender, konisch erweiternder Ringkranz 15 an dem zweiten axialen Ende 12b der Berstschutzhülse 8. Dadurch wird ein axiales Aufpressen der Berstschutzhülse 8 auf den Vorzusammenbau bestehend aus Grundkörper 5 und Magnetelement 7 weiter er leichtert.

Hinsichtlich der Positionierung des Rotors 4 relativ zum Stator 2 ist mit Fig. 2 ebenfalls zu erkennen, dass der Ringkranz 15 axial versetzt zu den Magnetelementen 7 und zu den Statorblechen 17 angeordnet ist, wodurch der Wirbelstromverlust im Betrieb des Elektromotors 1 möglichst geringgehalten werden. Somit ergibt sich ein in seiner Di cke gleichbleibender Luftspalt 24 im Radialbereich zwischen den Statorblechen 17 und der Außenumfangsseite der Berstschutzhülse 8. Die Berstschutzhülse 8 ist vorzugsweise aus einem Edelstahl ausgeformt.

Somit ist ein vorzugsweise als bürstenloser Gleichstrommotor realisierter Elektromotor 1 mit einem Rotor 4 ausgestattet, der vorzugsweise vollständig ohne Verklebung, d. h. insbesondere ohne Verklebung der Magnetelemente 7 auskommt.

Mit anderen Worten ausgedrückt, wird erfindungsgemäß eine spezielle Entlastungsge ometrie in der Berstschutzhülse 8 zwischen den Magneten 7 genutzt, um die Steifig keit am Umfang des Magneten 7 dieser Berstschutzhülse 8 (in tangentialer Richtung) lokal zu reduzieren. Somit werden niedrigere Kräfte für die Montage der Hülse 8 ein gesetzt bei relativ hohen Einpresskräften auf die Rotormagnete 7 auf dem Rotorträger 5 / Rotorblechpaket durch den Pressverband 16.

Fign. 11 bis 13 sind isometrische Ansichten und Schnitte eines BLDC-Rotor 4 mit Oberflächenmagneten 7 und Berstschutzhülse 8 ohne Klebung der Magnete 7 und ei nes BLDC-Stators 2. Der Zusammenbau des Rotors 4 besteht aus einem Rotorträger 5, Rotormagneten 7 und einer Berstschutzhülse 8. Der Rotorträger 5 wird typischer weise als Stanzpaket mit mehreren Elektroblechen ausgeführt. Alternativ ist der Rotor träger 5 als Sinterteil aus Pulverkern-Werkstoff mit niedrigen Wirbelstromverlusten ausgeführt. Wenn die Wirbelstromverluste für die Auslegung des BLDC-Motors 1 keine besonders zentrale Rolle spielen, kann der Rotorträger 5 allgemein aus einem ferromagnetischen Werkstoff (z.B. Stahl) ausgeführt sein. Die Rotormagnete 7 sind ty pischerweise als gesinterte NdFeB(Seltenerdwerkstoffe)-Magnete ausgeführt. Alterna tiv sind die Magnete 7 als Sinterteile aus Hartferrit ausgeführt. Die Berstschutzhülse 8 ist vorzugsweise aus Edelstahl als Tiefziehteil hergestellt.

Eine bevorzugte Montagereihenfolge des BLDC-Rotors 4 sieht wie folgt aus: 1 ) Aus bilden eines Stanzpaketes (Stanzen und Paketierten) zur Ausbildung des Rotorträgers 5; 2) Anbringen der Rotormagnete 7 auf dem Stanzpaket 5, wobei die Magnete 7 durch eine Vorrichtung gehalten werden oder das Stanzpaket 5 wird leicht magneti siert, damit die Magnete 7 angezogen werden; 3) Anbringen der Berstschutzhülse 8 auf dem Unterzusammenbau bestehend aus Rotorträger 5 (Stanzpaket) mit den Mag neten 7; Hierbei wird die Hülse 8 aufgeschoben, wobei die Rotormagnete 7 in der Montagevorrichtung axial abgestützt sind.

Mit den Fign. 8 bis 10 sind isometrische Ansichten und Schnitte des beschriebenen BLDC-Rotors 4 dargestellt. Erfindungsgemäß sind Rillen 10, 11 / lokale Entlastungen am Umfang der Berstschutzhülse 8 und entlang der Hülse 8 in axialer Richtung zwi schen den Rotormagneten 7 angeordnet. Diese Geometrien reduzieren lokal die Stei figkeit der Hülse 8 und entsprechend die Montagekräfte. Somit ist die Berstschutz hülse als Pressverband 16 auf den Unterzusammenbau bestehend aus Rotorträger 5 (Blechpaket) mit Magneten 7 auch bei relativ niedrigen Kräften und/oder bei höheren Toleranzen des Unterzusammenbaus montierbar. In einer Serienproduktion ist es üb lich, dass man einen Pressverband mit einem Übermaß von min. 0,2 mm bis 0,3 mm oder höher, unter Einhaltung aller Toleranzen, Vorhalten muss. In solchen Fällen hätte man praktisch keine Möglichkeit, dies mit einer zylindrischen Stahlhülse zu realisieren (zu hohe Montagekräfte, überkritische Spannungen in Hülse 8 / Magneten 7 durch die mechanische Belastung). Die Entlastungen 10 in der Hülsengeometrie zwischen den Rotormagneten 7 ermöglichen eine lokale Reduzierung der Steifigkeit in tangentialer Richtung am Umfang der Hülse 8. Somit sind die Montagekräfte relativ niedrig und die mechanischen Spannungen in der Hülse 8 und in den Magneten 7 nehmen ein akzep tables Niveau nach der Montage ein.

Die als Pressverband 16 aufgeschobene Berstschutzhülse 8 presst die Rotormagnete 7 auf den Rotorträger 5. Da die Magnete 7 dabei nicht geklebt werden müssen, braucht man auch keinen Klebespalt zwischen dem ferromagnetischen Rückschluss des magnetischen Kreises zwischen Rotorträger 5 und Rotormagneten 7 vorzusehen. Das bringt Vorteile für den magnetischen Widerstand: Das Magnetfeld schließt sich im Bereich des Rotorträgers 5 mit einer höheren Effizienz. Mit der Geometrie der Entlas tungen 10, der Hülsendicke und dem Übermaß des Pressverbands 16 kann man die Hülse 8 so dimensionieren, dass diese die Rotormagnete 7 über alle kritische ther misch-mechanischen, dynamischen Belastungen und Vibrationsbelastungen des Ro tors 4 hinweg durch den Reibschluss (Hülsenpressung radial nach innen) fixiert und absichert. Die Fign. 4 bis 7 zeigen isometrische Ansichten und Schnitte der Berstschutzhülse 8. Um die Montierbarkeit der Berstschutzhülse 8 auf den Unterzusammenbau von Rotor träger 5 (Rotorblechpaket) und Magneten 7 zu erleichtern, wird ein Einführbereich (Ringkranz 15) vorgesehen, wobei Magnete 7 in die Hülse 8 eingeführt wird bzw. die Hülse 8 bei Montage des Pressverbands 16 auf die Magnete 7 aufgeschoben wird.

Ein Vorteil dieser Montagehilfsgeometrie der Hülse 8 ist, dass in einer der beiden En den 12b der Hülse 8 in axialer Richtung ein konischer Übergang mit Rundungen zu dem Flachbereich des Blechbands durch den Tiefziehprozess entsteht. Dieser Über gang wird üblicherweise weiter in Richtung Flachbereich von dem Blechband im Stanz-Tiefziehwerkzeug seitlich abgeschnitten. In dem Fall nutzt man diesen Über gang, der normalerweise bei zylinderförmigen Tiefziehteilen abgeschnitten werden soll, als Einführbereich für die Montage.

Mit den Fign. 1 bis 3 sind weitere isometrische Ansichten und Schnitte des Zusam menbaus bestehend aus Stator 2 und Rotor 4 dargestellt. Der Stator 2 besteht übli cherweise aus einem Statorblechpaket 20, Polschuhisolationsteilen, Wicklungen 19 inklusive Verschaltung und Kontaktierungsschnittstelle, sowie einer Umspritzung 26 des Stators 2 (oft zum Schutz der Wicklungen 19 und der elektrischen Kontaktierung vorhanden, weil dieser z.B. bei Pumpenanwendungen des BLDC-E-Motors 1 in einem mit Medium gefluteten Raum angeordnet ist).

Der Einführungsbereich 15 für die Montage der Berstschutzhülse 8 (Fign. 1 bis 3) ist axial in einem Raum zwischen dem Rotor 4 und dem Stator 2 des BLDC-Motors 1 an geordnet, in dem die Geometrie keinen negativen Einfluss auf den mechanischen Luftspalt 24 zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 4 verursacht. Der mechanische Luftspalt 24 zwischen Stator 2 und Rotor 4 des Motors 1 soll für eine bessere Effizienz des E-Motors 1 möglichst klein gehalten werden. Bezuqszeichenliste Elektromotor Stator Drehachse Rotor Grundkörper Seite Magnetelement Berstschutzhülse Abdecksegment Brückenbereich Vertiefung a erstes Ende b zweites Ende Fortsatz Flanke Ringkranz Presssitz Statorblech Statorträger Wicklung Paket Außenfläche Abstand Erhebung Luftspalt Polschuhisolationsteilen Umspritzung