Verfahren zur Herstellung eines Rotors für einen permanenter ^¬ regten Synchronmotor

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel ^¬ lung eines Rotors für einen permanenterregten Synchronmotor, der eine Vielzahl von speicherförmig angeordneten Permanent ^¬ magneten aufweist, zwischen denen ein Paket aus einer Viel ^¬ zahl von übereinander angeordneten und miteinander verbunde ^¬ nen Blechelementen vorgesehen ist, welche Abschnitte von Weicheisenkernen, einen Ring im Zentrum des Rotors und die Weicheisenkernabschnitte mit dem Ring verbindende dünne Stege umfassen .

Der Materialkostenanteil bei derartigen Rotoren, insbesondere für den Einsatz in kompakten Hochleistungs-BLDC-Motoren

(bürstenlosen Gleichstrommotoren) , ist aufgrund der Verwen ^¬ dung der erforderlichen Permanentmagnete, die insbesondere aus seltenen Erden hergestellt werden, sehr hoch. Man ist da ^¬ her bei derartigen Motoren bestrebt, den Magnetmaterialanteil soweit wie möglich zu reduzieren, ohne die Leistung des Mo ^¬ tors herabzusetzen. Eine Möglichkeit hierfür besteht darin, die Magnete in Weicheisenmaterial einzubetten. Speziell sind hierbei die Magnete wie bei der „Sammlerbauweise" üblich speichenförmig angeordnet. Zwischen den einzelnen Magneten werden Weicheisenkerne angeordnet, die den magnetischen Fluss führen .

Die Weicheisenkerne werden hierbei aus einzelnen übereinander angeordneten Blechelementen hergestellt, die zu einem Blech ^¬ paket zusammengefasst werden. Zur einfacheren Handhabung und Stabilisierung eines derartigen einteiligen Blechpaketes müs ^¬ sen die einzelnen dünnen Blechelemente über dünne Stege mit einem umlaufenden Ring im Zentrum des Rotors verbunden wer ^¬ den. Um dabei die Magnetflussverluste so gering wie möglich zu halten, müssen die Zahl und der Querschnitt der Stege so- wie auch der Ringquerschnitt so klein bzw. schmal wie möglich gehalten werden.

Der Weicheisenbereich eines derartigen Rotors wird daher von einem Paket aus einer Vielzahl von übereinander angeordneten und miteinander verbundenen Blechelementen gebildet. Jedes Blechelement besitzt beim Stand der Technik einen Weicheisen ^¬ kernabschnitt, einen Ring im Zentrum des Rotors und einen den Weicheisenkernabschnitt mit dem Ring verbindenden dünnen Steg .

Es ist ferner bekannt, das Problem einer Reduzierung der Stegquerschnitte so zu lösen, dass die einzelnen Blechebenen (Blechelemente) mit unterschiedlichen Stanzschnitten versehen werden, die dann abwechselnd zur Anwendung kommen. Bei dieser Ausführungsform sind daher Verbindungsstege vorgesehen, die in definierten Abständen immer wiederkehren.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art zur Verfügung zu stellen, das sich für eine elektromotorisch besonders günsti ^¬ ge Rotorform besonders einfach ausführen lässt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art durch die folgenden Schritte gelöst :

Herstellen des Blechelementpaketes durch:

- Ausstanzen eines ersten Blechelementes derart, dass das

Blechelement mindestens einen Steg und maximal eine der An ^¬ zahl der Weicheisenkernabschnitte -1 entsprechende Zahl von Stegen aufweist;

- Ausstanzen von weiteren Blechelementen mit identischer

Stanzgeometrie wie das erste Blechelement, wobei die ver- wendete Stanzeinrichtung nach dem Ausstanzen eines Blech- elementes jeweils um einen Winkel gedreht wird, der

360°/Anzahl der Weicheisenkerne entspricht; wobei die ausgestanzten Blechelemente übereinander angeordnet und miteinander verbunden werden; und

- Anordnen der Permanentmagneten in den Zwischenräumen des hergestellten Blechelementpaketes .

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Zahl der Verbin ^¬ dungsstege zwischen den Weicheisenkernabschnitten und dem zentralen Ring verringert, ohne dabei die elektromotorischen Eigenschaften des Motors wesentlich zu verschlechtern und oh ^¬ ne die Handhabung und Stabilisierung des hergestellten Blech ^¬ paktes zu verschlechtern bzw. zu reduzieren. Wesentlich ist, dass für die Herstellung des Blechpaketes dünne Blechelemente verwendet werden, deren Schnitt- bzw. Stanzgeometrie iden ^¬ tisch ist. An der betreffenden Stanzeinrichtung müssen daher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine voneinander abwei ^¬ chenden Blechelemente hergestellt werden, sondern es werden Blechelemente mit identischen Stanzgeometrien hergestellt. Dabei werden Blechelemente ausgestanzt, die eine verringerte Anzahl von Verbindungsstegen besitzen. So kommt maximal eine Zahl von Verbindungsstegen zur Anwendung, die der Anzahl der Weicheisenkernabschnitte -1 bzw. der Zahl der Magnetpole -1 entspricht. Bei einem Blechelement wird daher nicht jeder Weicheisenkernabschnitt mit dem zentralen Ring verbunden, sondern maximal eine um 1 verringerte Anzahl der Weicheisen ^¬ kernabschnitte .

Vorzugsweise werden hierbei die ausgestanzten Blechelemente nur mit jeweils zwei Verbindungsstegen versehen, wobei insbe ^¬ sondere zwei gegenüberliegende Weicheisenkernabschnitte mit entsprechenden Verbindungsstegen versehen werden. Bei derar ^¬ tigen Ausführungsformen kommen beispielsweise acht, zehn, zwölf Weicheisenkernabschnitte zur Anwendung, von denen, wie erwähnt, nur zwei über Verbindungsstege mit dem zentralen Ring verbunden werden. Hierdurch wird eine beträchtliche Ver ^¬ besserung der elektromotorischen Eigenschaften erzielt, da die Zahl der Verbindungsstege weitgehend reduziert ist.

Wie erwähnt, werden sämtliche Blechelemente mit identischer Stanzgeometrie hergestellt. Nach dem Ausstanzen eines Blech ^¬ elementes wird die verwendete Stanzeinrichtung jeweils um ei ^¬ nen Winkel gedreht, der 360°/Anzahl der Weicheisenkerne ent ^¬ spricht. Durch diese Vorgehensweise ist es möglich, eine identische Stanzgeometrie bei jedem Blechelement beizubehal ^¬ ten, jedoch zu erreichen, dass die Verbindungsstege der ver ^¬ schiedenen Ebenen (Blechelemente) versetzt zueinander bzw. stufenförmig angeordnet sind.

Die ausgestanzten Blechelemente werden übereinander angeord ^¬ net und miteinander verbunden, wobei die Blechelemente vor ^¬ zugsweise nacheinander nach dem Ausstanzen jeweils miteinan ^¬ der verbunden werden. Es wird daher ein erstes Blechelement ausgestanzt. Danach wird ein zweites Blechelement ausge ^¬ stanzt, das mit dem ersten Blechelement verbunden wird. Ein ausgestanztes drittes Blechelement wird dann mit der Einheit aus dem ersten und zweiten Blechelement verbunden, bis letzt ^¬ endlich ein Blechelementpaket aus übereinander angeordneten Blechelementen entsteht, das eine Einheit bildet.

Bei diesem einheitlichen Blechpaket werden dann die Perma ^¬ nentmagneten in den Zwischenräumen zwischen den übereinander angeordneten Weicheisenkernabschnitten vorgesehen.

Auf besonders bevorzugte Weise wird ein Rotor hergestellt, dessen Blechelemente jeweils zehn Weicheisenkernabschnitte aufweisen. Diese Blechelemente werden miteinander verbunden, so dass ein Blechelementpaket entsteht, das insgesamt zehn übereinander angeordnete Blechelemente aufweist. Dabei besit ^¬ zen jeweils zwei gegenüberliegende Blechelemente einen Ver ^¬ bindungssteg zum zentralen Ring. Insgesamt hat daher jeder fünfte der übereinander angeordneten Weicheisenkernabschnitte einen Verbindungssteg zum zentralen Ring, und jedes Paket der übereinander angeordneten Weicheisenkernabschnitte weist zwei Verbindungsstege zum zentralen Ring auf. Was die Verbindung der einzelnen Blechelemente miteinander betrifft, so werden diese vorzugsweise über Vorsprünge und Vertiefungen verbunden, die auf den einzelnen Blechelementen angeordnet sind und miteinander zusammenwirken. Daher wird jeweils ein weiteres ausgestanztes Blechelement mit dem vor- herigen Blechelement über vorzugsweise noppenartige Vorsprün ^¬ ge, die in entsprechende Vertiefungen des anderen Elementes eingreifen, verbunden, so dass aus den einzelnen Blechelemen ^¬ ten immer eine zusammenhängende Einheit gebildet wird. Die entsprechenden Vorsprünge und Vertiefungen sind dabei vor- zugsweise am jeweiligen Weicheisenkernabschnitt angeordnet. Entsprechende Gebilde können aber auch am zentralen Ring an ^¬ geordnet sein. Kombinationen sind ebenfalls möglich.

Bei einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Blechelemente ausgestanzt, bei denen der zentrale Ring radial nach außen gerichtete Ausbuchtungen auf ^¬ weist, von denen aus sich die Verbindungsstege erstrecken.

Die Weicheisenkernabschnitte werden vorzugsweise etwa trapez- förmig ausgebildet, wobei die Verbindungsstege vorzugsweise mittig an die radialen Innenseiten der Weicheisenkernab ^¬ schnitte angeschlossen sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei- spiels in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläu ^¬ tert. Es zeigen:

Figur 1 eine Draufsicht auf ein Blechelementpaket eines Ro ^¬ tors für einen permanenterregten Synchronmotor; und

Figur 2 eine räumliche Ansicht des in Figur 1 dargestellten

Blechelementpaketes . Bei dem hier beschriebenen Verfahren wird ein Rotor für einen permanenterregten Synchronmotor hergestellt, der zehn spei ^¬ chenförmig angeordnete Permanentmagneten (in den Figuren nicht gezeigt) aufweist, die in Figur 1 an den mit 20 gekenn ^¬ zeichneten Stellen angeordnet werden. Die Zwischenräume zwi ^¬ schen den einzelnen Permanentmagneten werden mit einem Paket aus übereinander angeordneten einzelnen Blechelementen aufge ^¬ füllt, die in Figur 2 mit 6, 7, 8, 9 und 10 bezeichnet sind. Bei der hier dargestellten Ausführungsform weist der Rotor 10 Permanentmagnete auf, und das entsprechende Paket aus den einzelnen übereinander angeordneten Blechelementen besitzt zehn aufeinander angeordnete und miteinander verbundene

Blechelemente 6, 7, 8, 9 und 10, welche jeweils einen radial äußeren Weicheisenkernabschnitt 1 und einen zentralen Ring 3 umfassen, die über entsprechende dünne Verbindungsstege 2 miteinander verbunden sind.

Figur 1 zeigt das aus den einzelnen dünnen Blechelementen 6, 7, 8, 9, 10 zusammengesetzte Blechelementpaket in der Drauf ^¬ sicht und Figur 2 in räumlicher Ansicht, wobei die einzelnen übereinander angeordneten dünnen Blechelemente deutlich zu erkennen sind. Die Blechelemente sind über noppenartige Vor ^¬ sprünge und entsprechende Vertiefungen (in den Figuren nicht gezeigt) miteinander verbunden, so dass ein einheitliches Blechelementpaket gebildet wird.

Bei dem Herstellungsverfahren geht es darum, so wenig Verbin ^¬ dungsstege zwischen den Weicheisenkernabschnitten 1 und dem zentralen Ring 3 wie möglich anzuordnen, jedoch hierdurch nicht die elektromotorischen Eigenschaften des Rotors zu ge ^¬ fährden und/oder die Handhabbarkeit und Stabilisierung der Einheit nachteilig zu beeinflussen. Um dies zu erreichen, wird nicht jeder Weicheisenkernabschnitt 1 eines Blechelemen- tes mit dem zentralen Ring 3 verbunden, sondern es werden we ^¬ niger Verbindungsstege 2 angeordnet als Weicheisenkernab ^¬ schnitte 1 vorhanden sind. Bei der dargestellten Ausführungs- form werden von jedem Blechelement nur zwei gegenüberliegende Weicheisenkernabschnitte 1 mit Verbindungsstegen 2 versehen, während die restlichen Weicheisenkernabschnitte dieses Blech ^¬ elementes keine Verbindungsabschnitte aufweisen. Wie man Fi- gur 2 entnehmen kann, sind hierbei zwei gegenüberliegende

Weicheisenkernabschnitte des obersten Blechelementes 6 mit je einem Verbindungssteg 2 versehen. Auch bei dem darunterlie ^¬ genden Blechelement 7 sind nur zwei Verbindungsstege vorhan ^¬ den. Entsprechendes trifft für die weiteren Blechelemente 8, 9, 10 etc. zu.

Jedes Blechelement weist eine identische Schnitt- bzw. Stanz ^¬ geometrie auf, d. h., jedes Blechelement ist identisch ausge ^¬ bildet. Beim Ausstanzen wird hierbei die Stanzeinrichtung um einen Winkel von 360/10 = 36° gedreht, so dass die Verbin ^¬ dungsstege des nächsten ausgestanzten Blechelementes jeweils um 36° versetzt zu dem vorherigen Blechelement angeordnet sind. Es ergibt sich daher die in Figur 2 dargestellte abge ^¬ stufte Anordnung der Verbindungsstege.

Wie man Figur 2 entnehmen kann, sind hierbei zehn Blechele ^¬ mente übereinander angeordnet. Die obersten fünf Blechelemen ^¬ te 6, 7, 8, 9 und 10 weisen hierbei die beschriebene Abstu ^¬ fung der Verbindungsstege 2 auf. Darunter folgen weitere fünf Blechelemente, die entsprechende abgestufte Verbindungsstege besitzen .

Bei der Herstellung der einzelnen Blechelemente wird bei ^¬ spielsweise als erstes das in Figur 2 dargestellte unterste Blechelement ausgestanzt. Die Stanzeinrichtung wird dann um 36° gedreht, so dass das nächste Blechelement in identischer Weise ausgestanzt wird, jedoch nur mit zwei um 36° versetzt angeordneten Verbindungsstegen. Beide Blechelemente werden dann über die erwähnten noppenartigen Vorsprünge und Vertie- fungen miteinander verbunden, wonach das dritte Blechelement in entsprechender Weise wiederum mit um 36° versetzt angeord ^¬ neten Verbindungsstegen ausgestanzt und mit den vorherigen Elementen verbunden wird. Dies wird solange durchgeführt, bis sämtliche zehn Blechelemente ausgestanzt, verbunden und posi ^¬ tioniert sind. Es wird dann die in Figur 2 dargestellte

Blechpaketeinheit erhalten, die dann mit Permanentmagneten bestückt werden kann. Schließlich kann der hergestellte Rotor mit einer sich durch die bei 5 gezeigte Ausnehmung erstre ^¬ ckenden Welle verbunden werden.

Der zentrale Ring weist bei dieser Ausführungsform radial nach außen gerichtete abgerundete Ausbuchtungen 4 auf, von denen sich die Verbindungsstege 2 radial nach außen erstre ^¬ cken .