Verfahren zum Herstellen einer Rotoreinheit eines permanent erregten Synchronmotors und Rotoreinheit

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Rotoreinheit eines permanent erregten Synchronmotors. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Rotoreinheit.

Der Materialkostenanteil bei derartigen Rotoreinheiten, ins ^¬ besondere für den Einsatz in kompakten Hoch- leistungs-BLDC-Motoren (Bürstenlosen Gleichstrommotoren) , ist aufgrund der Verwendung der erforderlichen Permanent-Magnete, die insbesondere aus seltenen Erden hergestellt werden, sehr hoch. Man ist daher bei derartigen Motoren bestrebt, den Magnetmaterialanteil so weit wie möglich zu reduzieren, ohne die Leistung des Motors 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 ^¬ elementpaket zusammengefasst werden. Zur einfacheren Handhabung und Stabilisierung eines derartigen einteiligen Elementpaketes müssen die einzelnen dünnen Blechelemente über dünne Stege mit einem umlaufenden Ring im Zentrum der Rotoreinheit verbunden werden. Um dabei die Magnetflussverluste so gering wie möglich zu halten, müssen die Zahl und der Querschnitt der Verbin ^¬ dungsstege sowie auch der Ringquerschnitt so klein bzw. schmal wie möglich gehalten werden.

Der Weicheisenbereich einer derartigen Rotoreinheit wird daher von einem Paket aus einer Vielzahl von übereinander angeordneten und aneinander fixierten Blechelementen gebildet. Jedes Blechelementpaket besitzt eine Vielzahl von Weicheisenkern ^¬ abschnitten, einen Ring im Zentrum der Rotoreinheit und die Weicheisenkernabschnitte mit dem Ring verbindende dünne Ver ^¬ bindungsstege. Bei derartigen Rotoreinheiten kommt es darauf an, die einzelnen Permanentmagneten mit dem Blechelementpaket auf einfache und kostengünstige Weise derart miteinander zu ver ^¬ binden, dass eine robuste Rotoreinheit erhalten wird, die entsprechenden Betriebsbelastungen ausgesetzt werden kann. Erfindungsgemäß soll ein Verfahren zur Verfügung gestellt werden, mit dem sich robuste Rotoreinheiten auf besonders einfache und kostengünstige Weise herstellen lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen einer Rotoreinheit eines permanent erregten Syn ^¬ chronmotors gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:

a. Bereitstellen eines Blechelementpaketes, das eine Vielzahl von radial äußeren Weicheisenkernabschnitten und einen zentralen Ring, die über Verbindungsstege miteinander verbunden sind, besitzt;

b. Bereitstellen von Permanentmagneten;

c. Einsetzen der Permanentmagnete in die Zwischenräume zwischen den Verbindungsstegen des Blechelementpaketes;

d. Einführen des das Blechelementpaket und die Permanent ^¬ magneten umfassenden Gebildes in ein Kunststoffumsprit z- werkzeug; und

e. Durchführen eines Umsprit zprozesses zum Erhalt einer das Blechelementpaket und die darin fixierten Permanentmagneten umfassenden Rotoreinheit.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine sichere Fixierung der Permanentmagneten zwischen den einzelnen Verbindungsstegen des Blechelementpaketes erreicht. Dabei wird vorzugsweise so vorgegangen, dass die Permanentmagneten in das Blechelementpaket eingeschoben werden, so dass sie in diesem fixiert sind und mit dem zentralen Ring, den seitlichen Verbindungsstegen und den Weicheisenkernabschnitten in Kontakt stehen. Das mit den Permanentmagneten versehene Blechelementpaket wird dann in ein Kunststoffumsprit zwerkzeug eingeführt, und es wird ein Um- sprit zvorgang durchgeführt. Hierbei wird das das Blechele ^¬ mentpaket und die Permanentmagneten enthaltende Gebilde vor ^¬ zugsweise auf seinen axialen Seiten und seiner Umfangsflache umspritzt. Die auf diese Weise hergestellte einstückige Ro ^¬ toreinheit kann dann über einen Pressverband mit einer Welle verbunden werden, die sich durch die Öffnung im zentralen Ring des Blechelementpaketes erstreckt.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass in einigen Fällen der dünne Ringquerschnitt nicht ausreichend stabil für einen Pressverband mit einer Welle ist. Für diesen Fall schlägt die Erfindung eine besonders bevorzugte Alternative vor, bei der das Herstell ^¬ verfahren für die Rotoreinheit die folgenden Schritte nach Schritt c umfasst:

f. Einschieben einer Welle in die im zentralen Ring vorhandene Öffnung, wobei zwischen Innenumfang des zentralen Ringes und der Welle ein Spalt vorhanden ist;

g. Einführen des das Blechelementpaket, die Permanentmagneten und die Welle umfassenden Gebildes in ein KunstStoffum ^¬ sprit zwerkzeug; und

h. Durchführen eines Umsprit zprozesses zum Erhalt einer das Blechelementpaket, die Permanentmagneten und die Welle umfassenden Rotoreinheit, bei der der Spalt durch den Umsprit zprozess mit Kunststoff verfüllt ist.

Bei dieser Verfahrensvariante werden daher gleichzeitig

Blechelementpaket, Permanentmagneten und Welle durch einen einzigen Umsprit zvorgang aneinander fixiert. Dieses Verfahren läuft daher besonders einfach und kostengünstig ab. Auch hierbei werden wiederum vorzugsweise die beiden axialen Seiten des Gebildes sowie die Umfangsfläche desselben umspritzt.

Bei noch einer anderen Variante wird das Verfahren zweistufig durchgeführt, wobei in einem ersten Verfahrensabschnitt die

Schritte a bis e durchgeführt werden und nachher in einem zweiten Verfahrensabschnitt eine Welle in die im zentralen Ring vor- „

handene Öffnung geschoben und das die Rotoreinheit und Welle umfassende Gebilde in ein Kunststoffumsprit zwerkzeug eingeführt und ein Umsprit zprozess zur Fixierung der Welle durchgeführt wird .

Dieses Verfahren unterscheidet sich von der vorstehend be ^¬ schriebenen Variante dadurch, dass hier Blechelementpaket, Permanentmagneten und Welle nicht in einem einzigen Prozess miteinander verbunden werden, sondern dass stattdessen ein zweistufiger Verfahrensablauf gewählt wird.

Was die Fixierung der Welle in der Öffnung des zentralen Ringes anbetrifft, so wird ein Blechelementpaket bereitgestellt, bei dem zwischen Innenumfang des zentralen Ringes und der Welle ein Spalt vorhanden ist, der durch den Umsprit zprozess mit

KunstStoffmaterial verfüllt wird. Hiermit wird sichergestellt, dass die Verbindung zwischen dem Blechelementpaket und der Welle über Kunststoff erfolgt, so dass eine besonders sichere Fixierung des Rotors an der Welle erreicht wird.

Um die Verbindung zwischen Blechelementpaket (zentralem Ring) und Welle noch zu verbessern, wird bei einer speziellen Aus ^¬ führungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Oberfläche der Welle und/oder die Innenfläche des zentralen Ringes im Be ^¬ festigungsbereich der Rotoreinheit vor der Umspritzung mit einer Erhöhungen und Vertiefungen aufweisenden Konturierung versehen. Damit wird erreicht, dass die durch den Umsprit zvorgang auf ^¬ gebrachte Kunststoffmasse besonders sicher auf der Welle haftet. Natürlich können hierbei auch Bauteile verwendet werden, die diese Konturierungen bereits von Hause aus besitzen.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Rotoreinheit mit einem Blechelementpaket, das eine Vielzahl von radial äußeren

Weicheisenkernabschnitten und einen zentralen Ring, die über Verbindungsstege miteinander verbunden sind, besitzt, und mit in die Zwischenräume zwischen den Verbindungsstegen eingesetzten Permanentmagneten. Diese Rotoreinheit ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagneten durch eine Kunststoffumspritzung der Rotoreinheit in den Zwischenräumen fixiert sind. Hierdurch wird eine robuste Rotoreinheit geschaffen, bei der die einzelnen Permanentmagneten in speichenförmiger Anordnung sicher im Blechelementpaket (Weicheisenmaterial) „vergraben" sind . Die Herstellung einer derartigen Rotoreinheit erfolgt vor ^¬ zugsweise mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Rotoreinheit ferner eine in die Öffnung des zentralen Ringes eingesetzte Welle auf, die durch die Kunststoffumspritzung der Rotoreinheit in dieser fixiert ist. Dabei ist die Welle über einen mit Kunststoff gefüllten Ringspalt mit dem zentralen Ring verbunden.

Die Rotoreinheit ist vorzugsweise auf beiden axialen Seiten und auf ihrer Umfangsflache mit Kunststoff umspritzt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen :

Figur 1 einen Querschnitt durch eine Rotoreinheit; und

Figur 2 einen Axialschnitt durch die in Figur 1 dargestellte

Rotoreinheit .

Die in den Figuren gezeigte Rotoreinheit besitzt ein aus einzelnen Blechelementen zusammengesetztes Blechelementpaket, das eine Vielzahl von radial äußeren Weicheisenkernabschnitten 1 umfasst. Die radial äußeren Weicheisenkernabschnitte 1 stehen über radial verlaufende schmale Verbindungsstege 3 mit einem zentralen Ring 6 in Verbindung. In die Zwischenräume zwischen den Verbindungsstegen 3 sind Permanentmagnete 2 eingeschoben. Im Inneren des zentralen Ringes 6 erstreckt sich eine Welle 5. Die einzelnen Permanentmagnete 2 und die Welle 5 sind über eine Kunststoffumspritzung im Blechelementpaket fixiert, so dass sich eine einstückige Rotoreinheit ergibt.

Wie man Figur 1 entnehmen kann, ist hierbei zwischen der In ^¬ nenfläche des zentralen Ringes 6 und der Oberfläche der Welle 5 ein Spalt 4 vorgesehen, der durch die Umspritzung mit Kunststoff gefüllt ist. Des Weiteren sind radiale Spalte 7 zwischen den einzelnen Weicheinsenkernabschnitten 1 mit Kunststoff verfüllt. Durch die Umspritzung werden die einzelnen Permanentmagneten 2 radial innen am Zentralring 6, radial außen an den Weichei ^¬ senkernabschnitten 1 und seitlich an den Verbindungsstegen 3 fixiert .

Figur 2 zeigt, dass durch die Kunststoffumspritzung auch die axialen Flächen der Rotoreinheit mit einer KunstStoffSchicht (bei 7 gezeigt) versehen sind. Ferner ist die Oberfläche der Welle 5 im Befestigungsbereich der Rotoreinheit mit einer Erhöhungen und Vertiefungen aufweisenden Konturierung versehen, um die Haftung zwischen Welle und zentralem Ring zu verbessern.