Rotor für einen Elektromotor

Die Erfindung betrifft einen Rotor für einen Elektromotor, aufweisend einen Rotor körper mit einem zylindrischen Rotorpaket und mit einer Anzahl von Oberflächen magneten, und eine manschettenartige Schutzhülse, welche auf den Außenum fang des Rotorkörpers aufgesetzt ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines solchen Rotors, und einen Elektro motor mit einem derartigen Rotor.

In einem modernen Kraftfahrzeug werden Elektromotoren in vielfältiger Weise als Antriebe für unterschiedliche Stellelemente eingesetzt. Elektromotoren werden beispielsweise als Fensterheber-, Schiebedach- oder Sitzverstellantriebe, als Len kungsantriebe (EPS, Electrical Power Steering), als Kühlerlüfterantriebe oder als Getriebeaktuatoren eingesetzt. Derartige Elektromotoren müssen eine relativ hohe Drehmoment- oder Leistungsdichte aufweisen, und auch bei hohen Temperaturen betriebssicher sein.

Ein Elektromotor als Energiewandler elektrischer Energie in mechanische Energie umfasst einen Stator, welcher das feststehende Motorteil bildet, und einen Rotor, welcher das sich bewegende Motorteil bildet. Bei einem Innenläufermotor ist der Stator üblicherweise mit einem Statorjoch versehen, an dem radial zur Mitte, dies bedeutet sternförmig nach innen, ragende Statorzähne angeordnet sind, deren dem Rotor zugewandten Freienden den so genannten Polschuh bilden.

Ein insbesondere bürstenloser Elektromotor als elektrische (Drehstrom-)Maschine weist üblicherweise einen mit einer Feld- oder Statorwicklung versehenen Stator auf, welcher koaxial zu einem Rotor mit einem oder mehreren Permanentmagne ten angeordnet ist.

Der Rotor weist in der Regel einen Rotorkörper mit einem zylindrischen, stanzpa ketierten (Rotor-)Blechpaket als zentrales Rotorpaket auf. Das Rotorpaket ist hier- bei beispielsweise wellenfest mit einer Motorwelle des Elektromotors gefügt. Das Rotorpaket weist beispielsweise Aufnahmen auf, in welche die Permanentmagne te eingepresst sind. Alternativ ist es beispielsweise ebenso denkbar, dass die Permanentmagnete als Oberflächenmagnete an einem Außenumfang einer Man telfläche des Rotorpakets befestigt oder gehalten sind. Zu diesem Zwecke ist es beispielsweise denkbar, dass die Oberflächenmagnete stoffschlüssig, insbesonde re mittels eines Klebers oder Epoxids, an die Mantelfläche gefügt sind. Ebenso denkbar sind Haltevorrichtungen zur stoffschlussfreien Befestigung und/oder Hal terung der Oberflächenmagnete an der Mantelfläche.

Die Oberflächenmagnete weisen hierbei herkömmlicherweise eine brotlaibförmige Querschnittsform auf. Mit anderen Worten sind die Permanentmagnete des Rotors als oberflächenmontierte Brotlaibmagnete ausgeführt. Unter einer brotlaibförmigen Querschnittsform ist hier und im Folgenden insbesondere die Form eines Kasten- Brotlaibs mit einer Rechteckform, bei welcher eine der Langseiten konvex nach außen gewölbt ausgebildet ist, zu verstehen. Aufgrund der Wölbungen der Ober flächenmagnete weist der Außenumfang des Rotorkörpers keine kreisrunde Form auf.

Im Betrieb des Elektromotors wirken in Folge der hohen Drehzahlen große Flieh kräfte auf die Oberflächenmagnete des Rotors, wodurch die Gefahr eines uner wünschten Lösens der Oberflächenmagnete von der Mantelfläche zunimmt. Um zu verhindern, dass sich ein Oberflächenmagnet von der Mantelfläche löst und in einem Spaltbereich zwischen dem Rotor und dem Stator den Elektromotor blo ckiert, ist in der Regel eine manschettenartige Schutzhülse (Schutzrohr) als Schleuderschutz auf den Rotorkörper aufgesetzt.

Typischerweise wird ein Rand der Schutzhülse zur Befestigung an dem Rotorkör per hierbei umlaufend radial einwärtsgebogen (gebördelt), so dass der Rotorkör per stirnseitig von der Schutzhülse axial Übergriffen ist. Die Umformung oder Bör delung erfolgt hierbei beispielsweise mittels Rollieren oder durch Pressen. Beim Rollieren oder Walzen wird das Material der Schutzhülse umlaufend ver formt. Da die zu verformende Hülse aufgrund der Wölbungen der Oberflächen magnete nicht vollständig rund vom Rotorpaket gegen gehalten wird, kommt es vor, dass das Material der Schutzhülse im Zuge des Rollierens teilweise ein schnürt, wodurch es zu einer Rissbildung und einer damit einhergehenden Redu zierung der mechanischen Stabilität der Schutzhülse kommen kann.

Beim Pressen wird ein rundes Werkzeug von oben stirnseitig gegen die Schutz hülse beziehungsweise den Rotorkörper gepresst. Dabei sind vergleichsweise große Kräfte notwendig, so dass es aufgrund der resultierenden mechanischen (Druck-)Spannungen zu einem Bulken, also zu Stauchungen, Wölbungen oder Bombierungen der Schutzhülse, kommen kann, wodurch das Material der Schutz hülse radial in den Luftspalt zwischen Rotor und Stator wandert.

Aus der DE 102019205993 A1 ist eine Schutzhülse für einen Rotor bekannt, welche einen Bördelkragen aufweist, welcher zur Befestigung an dem Rotorkörper stirnseitig gebördelt wird. Der Bördelkragen weist hierbei mehrere tangential und axial verlaufende Aussparungen auf, mittels welcher die beim Bördeln auftreten den Spannungen reduziert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten Rotor für einen Elektromotor sowie einen entsprechenden Elektromotor anzugeben. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfah ren sowie eine besonders geeignete Vorrichtung zur Herstellung eines solchen Rotors anzugeben. Insbesondere soll eine kostengünstige und aufwandreduzierte Montage des Rotors ermöglicht werden, bei welcher die notwendigen Montage kräfte reduziert sind.

Hinsichtlich des Rotors wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 3 sowie hinsichtlich der Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und hinsichtlich des Elektro motors mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhaf te Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Der erfindungsgemäße Rotor ist für einen Elektromotor, insbesondere für einen als SPM-Motor (Surface Permanent Magnet) ausgeführten Innenläufer eines Kraft fahrzeugs, geeignet und eingerichtet. Mit anderen Worten ist der erfindungsgemä ße Rotor insbesondere also ein SPM-Rotor ausgebildet.

Der Rotor weist hierbei einen Rotorkörper auf, welcher mit einer Motorwelle wel lenfest fügbar oder gefügt ist. Der Rotorkörper weist ein zylindrisches Rotorpaket auf, welches beispielsweise als ein stanzpaketiertes Blechpaket (Rotorblechpaket) mit einer Anzahl von entlang einer Axialrichtung gestapelten Rotorblechen ausge bildet ist. An dem Außenumfang einer Mantelfläche des Rotorpakets ist eine An zahl von permanentmagnetischen Oberflächenmagnete als Rotor- oder Polmag nete verteilt angeordnet. Die Oberflächenmagnete weisen hierbei eine bortlaibför mige Querschnittsform mit einer zum Außenumfang orientierten konvexen Wöl bung auf. Das Rotorpaket weist hierbei insbesondere eine gleichseitige polygonale oder mehreckige Grundfläche auf, sodass die Mantelfläche entlang einer Tangen tial- oder Azimutalrichtung, also entlang des Außenumfangs, eine Anzahl von gleichflächigen Anlageflächen für die Oberflächenmagnete aufweist.

Zum Schleuderschutz der Oberflächenmagnete ist eine manschettenartige Schutzhülse auf den Außenumfang des Rotorkörpers aufgesetzt. Erfindungsge mäß weist die Schutzhülse zumindest an einer Stirnseite einen Bördelkragen auf, welcher form- und/oder kraftschlüssig in die radial eingezogenen Bereiche oder Flanken zwischen den Wölbungen von tangential benachbarten Oberflächenmag neten hinein umgeformt ist. Dadurch ist ein besonders geeigneter Rotor realisiert.

Erfindungsgemäß wird somit der Raum zwischen den Oberflächenmagneten zur Befestigung des Schutzhülse am Rotorkörper genutzt. Da in diesen Bereichen der Abstand zwischen dem Rotorköper und einem umliegenden Stator größer als im Bereich der Wölbungen (beziehungsweise deren Scheitelpunkte) ist, stellt ein auf grund der Umformung bulkendes (gestauchtes, gewölbtes, bombiertes) Material der Schutzhülse keine Beeinträchtigung des Luftspalts beziehungsweise Elektro motors dar. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird der stirnseitige Bördelrand oder Bör delkragen der Schutzhülse somit nicht vollständig umlaufend umgeformt, sondern lediglich an den zwischen den Wölbungen angeordneten Stellen. Erfindungsge- maß wird somit die nicht kreisrunde Außenumfangsform des Rotorkörpers zur Be festigung der Schutzhülse genutzt.

Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.

Unter einem „Formschluss“ oder einer „formschlüssigen Verbindung“ zwischen wenigstens zwei miteinander verbundenen Teilen wird hier und im Folgenden ins besondere verstanden, dass der Zusammenhalt der miteinander verbundenen Teile zumindest in einer Richtung durch ein unmittelbares Ineinandergreifen von Konturen der Teile selbst oder durch ein mittelbares Ineinandergreifen über ein zusätzliches Verbindungsteil erfolgt. Das „Sperren“ einer gegenseitigen Bewegung in dieser Richtung erfolgt also formbedingt. Unter einem „Kraftschluss“ oder einer „kraftschlüssigen Verbindung“ zwischen wenigstens zwei miteinander verbundenen Teilen wird hier und im Folgenden ins besondere verstanden, dass die miteinander verbundenen Teile aufgrund einer zwischen ihnen wirkenden Reibkraft gegen ein Abgleiten aneinander gehindert sind. Fehlt eine diese Reibkraft hervorrufende „Verbindungskraft“ (dies bedeutet diejenige Kraft, welche die Teile gegeneinanderdrückt, beispielsweise eine Schraubenkraft oder die Gewichtskraft selbst), kann die kraftschlüssige Verbin dung nicht aufrechterhalten und somit gelöst werden.

Unter „axial“ oder einer „Axialrichtung“ wird hier und im Folgenden insbesondere eine Richtung parallel (koaxial) zur Drehachse des Elektromotors, also senkrecht zu den Stirnseiten des Rotors verstanden. Entsprechend wird hier und im Folgen den unter „radial“ oder einer „Radialrichtung“ insbesondere eine senkrecht (quer) zur Drehachse des Elektromotors orientierte Richtung entlang eines Radius des Rotors beziehungsweise des Elektromotors verstanden. Unter „tangential“ oder einer „Tangentialrichtung“ wird hier und im Folgenden insbesondere eine Richtung entlang des Umfangs des Rotors (Umfangsrichtung, Azimutalrichtung), also eine Richtung senkrecht zur Axialrichtung und zur Radialrichtung, verstanden.

In einer vorteilhaften Ausführung weist der Rotorkörper eine stirnseitig auf das Ro torpaket aufgesetzte Haltevorrichtung zur stoffschlussfreien Befestigung und/oder Halterung der Oberflächenmagnete an der Mantelfläche des Rotorpakets auf. Die Wölbungen der Oberflächenmagnete stehen hierbei dem Außenumfang der Halte- Vorrichtung radial über. Mit anderen Worten bilden die Wölbungen der Oberflä chenmagnete die radial äußersten Punkte des Rotorkörpers. Da die Haltevorrich tung somit etwas kleiner ist, und in dem Bereichen zwischen den Wölbungen auch kein Magnet in axialer Richtung liegt, kann das Material der Schutzhülse im Zuge der Umformung auch nach unten, also axial weg von der umgeformten Stirnseite, in den freien Bereich verdrängt werden, was zu einem geringeren Bulken des Ma terials in radialer Richtung führt. Dadurch schmiegt sich die Schutzhülse beson ders bauraum kompakt an den Rotorkörper 4 an, so dass im Einbauzustand ein möglichst gleichmäßiger Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator realisiert ist.

Unter einem „Stoffschluss“ oder einer „stoffschlüssigen Verbindung“ zwischen we nigstens zwei miteinander verbundenen Teilen wird hier und im Folgenden insbe sondere verstanden, dass die miteinander verbundenen Teile an Ihren Kontaktflä chen durch stoffliche Vereinigung oder Vernetzung (beispielsweise aufgrund von atomaren oder molekularen Bindungskräften) gegebenenfalls unter Wirkung eines Zusatzstoffs zusammengehalten werden. Entsprechend bedeutet „stoffschlussfrei“ insbesondere, dass bei der Befestigung der Oberflächenmagnete kein Stoff schluss zwischen den Oberflächenmagneten und der Mantelfläche vorliegt. Die Oberflächenmagnete sind also lediglich form- und/oder kraftschlüssig mittels der Haltevorrichtung an dem Rotorpaket befestigt.

Die Haltevorrichtung weist beispielsweise zwei einteilige, also einstückige oder monolithische, Halteringe (Isolationsscheiben) auf, welche an den gegenüberlie- genden Stirnseiten des Rotorpakets angeordnet sind. Die beispielsweise als Spritzgussteile ausgeführten Halteringe weisen hierbei jeweils einen kreisringför migen Ringkörper mit radial außenseitigen, axial in Richtung des Rotorpakets em porstehenden, Haltekonturen auf.

Die Halteringe sind hierbei insbesondere aus einem glasfaserverstärkten Kunst stoffmaterial, beispielsweise aus einem Polyamid (PA), insbesondere PA 6.6 GF30, oder aus einem Polyphenylensulfid (PPS), insbesondere PPS GF30, oder einem Polyoxymethylen (POM), insbesondere POM GF30, hergestellt. Die Abkür zung GF30 steht hierbei für einen Glasfaseranteil von 30%.

Die Haltekonturen sind derart ausgestaltet, dass sie radial und tangential form schlüssig zwischen die Oberflächenmagnete eingreifen. Dadurch sind die Oberflä chenmagnete entlang der Radial- und Tangentialrichtung stoffschlussfrei an der Mantelfläche gehalten. Zur axialen Fixierung der Oberflächenmagnete ist es bei spielsweise vorgesehen, dass die Oberflächenmagnete axial zwischen den beiden Halteringen eingefasst sind. Hierzu sind die Oberflächenmagnete zumindest ab schnittsweise mittels der Ringkörper radial überdeckt. Insbesondere ist somit ein axialer Formschluss zwischen den Halteringen realisiert.

Somit ist die zur Halterung und/oder Befestigung der Oberflächenmagnete not wendige Geometrie lediglich an der Haltevorrichtung vorgesehen, wodurch das Rotorpaket eine geometrisch besonders einfache Formgebung aufweisen kann. Insbesondere weist das Rotorpaket an der Mantelfläche keine zusätzlichen Auf nahmen oder Konturen beziehungsweise Fortsätze auf, wodurch die Rotorbleche und somit das Rotorpaket besonders einfach und kostengünstig herstellbar sind. Des Weiteren werden durch die Anordnung der Permanentmagnete an der Man telfläche die Magnetfeldlinien der Permanentmagnete innerhalb des Rotorpakets nicht gestört.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Herstellung eines vorstehend beschrie benen Rotors vorgesehen, sowie dafür geeignet und ausgestaltet. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Rotor sinngemäß auch für das Ver fahren und umgekehrt.

Sofern nachfolgend Verfahrensschritte beschrieben werden, ergeben sich vorteil hafte Ausgestaltungen für die Vorrichtung insbesondere dadurch, dass diese aus gebildet ist, einen oder mehrere dieser Verfahrensschritte auszuführen.

Verfahrensgemäß werden ein Rotorkörper und eine Schutzhülse bereitgestellt. Die manschettenartige Schutzhülse ist hierbei beispielsweise im Wesentlichen topf förmig ausgestaltet. Dies bedeutet, dass die Schutzhülse einen (Hülsen-)Boden als stirnseitige Anlagefläche für den Rotorkörper aufweist. Der Boden bezie hungsweise die Anlagefläche weist beispielsweise eine zentrale Aussparung als Durchführöffnung für eine Motorwelle auf. Ein der Anlagefläche gegenüberliegen der stirnseitiger Bereich der Schutzhülse ist als ein Bördelkragen der Schutzhülse ausgestaltet, und wird nach einem Einsetzen des Rotorkörpers in die Schutzhülse form- und/oder kraftschlüssig in die radial eingezogenen Bereiche zwischen den Wölbungen der tangential benachbarten Oberflächenmagnete hinein umgeformt, verstemmt oder gebördelt. Dies bedeutet, dass die Montagekräfte zum Fügen der Schutzhülse mit dem Rotorkörper gezielt in die Zwischenbereichen zwischen den Wölbungen eingebracht werden. Dadurch werden insbesondere im Bereich der Haltevorrichtung die benötigten Montagekräfte reduziert, und es erfolgt im We sentlichen keine radial überstehende Verformung der Schutzhülse in den Luft spaltbereich, wodurch die Systemsicherheit bei einem Elektromotor verbessert wird. Das Verfahren ist hierbei im Wesentlichen bei allen SPM-Rotoren mit Brot laibmagneten einsetzbar, unabhängig von der Polzahl.

Im Gegensatz zum Stand der Technik erfolgt die Umformung oder Bördelung der Schutzhülse hierbei nicht mittels Rollieren oder Pressens, sondern im Wesentli chen durch ein Verstemmen in den Zwischenbereichen der Schutzhülse. Mit ande ren Worten wird das Material der Schutzhülse in den Zwischenbereichen gezielt oder lokal eingeschnürt, und somit an die nicht runde Außenkontur des Rotorkör pers angeschmiegt. In einer geeigneten Weiterbildung weist die Schutzhülse eine stirnseitig radial auf geweitete Fase als Einführhilfe für den Rotorkörper auf. Mit anderen Worten weist die Schutzhülse stirnseitig ein in den Luftspalt ragendes Übermaß auf, so dass der Rotorkörper trichterartig eingesetzt werden kann. Dadurch wird das Einsetzen des Rotorkörpers in die Schutzhülse vereinfacht. Der Rotorkörper wird hierbei über die Fase in die Schutzhülse eingeführt, wobei die Fase anschließend vor der Umfor mung des Bördelkragens mittels eines ersten Stempels radial einwärtsgebogen oder gerichtet wird. Dies bedeutet, dass der erste Stempel das in den Luftspalt ragende Übermaß der Schutzhülse radial einwärtsbiegt. Die gebogene Fase bildet hierbei beispielsweise den Bördelkragen für den anschließenden Umform- oder Bördelschritt.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird der Bördelkragen im Anschluss an dessen Umformung mittels eines zweiten Stempels außenumfangsseitig an den Rotorkörper angepresst. Dies trägt dem Umstand Rechnung, dass das Material der Schutzhülse durch die Umformung beziehungsweise durch das Bördeln im Bereich der Wölbungen weggedrückt wird. Mit anderen Worten liegen die Wöl bungen vor dem Umformprozess im Wesentlichen an dem Innenumfang der Schutzhülse an, wobei sich die Schutzhülse durch die Umformung von den Wöl- bungen abhebt. Dies bedeutet, dass sich aufgrund der Verformung der Schutzhül se ein lichter (radialer) Abstand zwischen den Wölbungen und der Schutzhülse ausbilden kann. Die Schutzhülse wird also im Bereich der Wölbungen radial in den Luftspalt verformt. Diese Verformung im Bereich der Wölbungen wird mit dem an schließenden zweiten Stempelprozess behoben, und die Schutzhülse somit im Bereich der Wölbungen wieder an die Oberflächenmagnete gedrückt oder ge presst. Dadurch wird sichergestellt, dass die Schutzhülse nicht unzulässig in den Luftspalt bulkt.

Die im Hinblick auf den Rotor und/oder das Verfahren angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf die nachfolgend beschriebene Vorrich tung übertragbar und umgekehrt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Her stellung eines vorstehend beschriebenen Rotors vorgesehen, sowie dafür geeig net und eingerichtet. Die Vorrichtung weist hierbei ein Kronenwerkzeug auf, wel- ches dazu vorgesehen und eingerichtet ist einen Bördelkragen der Schutzhülse form- und/oder kraftschlüssig in die radial eingezogene Bereiche zwischen den Wölbungen von tangential benachbarten Oberflächenmagneten des Rotorkörpers hinein umzuformen. Die Vorrichtung weist weiterhin beispielsweise einen ersten und zweiten Stempel auf. Dadurch ist eine besonders geeignete Vorrichtung reali siert.

Das Kronenwerkzeug der Vorrichtung verformt die Schutzhülse somit nicht tan gential umlaufend, sondern lediglich punktuell oder lokal an den durch die Wöl bungen freigestellten Freiräumen zwischen dem Rotorkörper und der Schutzhülse.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist das Kronenwerkzeug einen zylindri schen Werkzeugkörper mit einem stirnseitigen, dem Rotor zugewandten, Kronen kranz auf. Der Kronenkranz ist hierbei zur Umformung oder Verformung des Bör delkragens ausgebildet. An den Werkzeugkörper ist weiterhin ein zentraler Fort satz vorgesehen, welcher im Zuge der Umformung in eine Durchführöffnung des Rotorkörpers eingreift. Die Durchführöffnung des Rotorkörpers dient im Einbauzu stand zur Aufnahme einer Rotor- oder Motorwelle. Der beispielsweise bolzen- oder zylinderförmige Fortsatz greif hierbei beispielsweise formschlüssig in die zentrale Durchführöffnung ein, so dass der Rotorkörper im Zuge des Umformpro zesses positioniert, stabilisiert, und zentriert wird. Der Kronenkranz und der Fort satz sind hierbei einstückig, also einteilig oder monolithisch, an den Werkzeugkör per angeformt. Der Fortsatz ist hierbei beispielsweise als ein Stift oder Zapfen des Werkzeugkörpers ausgeführt. Zur Umformung wird das Kronenwerkzeug nach Art eines Stempels stirnseitig von oben auf den mit der Schutzhülse bestückten Ro torkörper abgesenkt, wobei der Fortsatz in die Durchführöffnung eingreift, und wo bei der Kronenkranz den Bördelkragen bereichsweise umformt, verstemmt, oder bördelt.

In einer denkbaren Ausführung weist der Kronenkranz eine Anzahl von axial em porstehenden Kronen- oder Zinnenfortsätzen auf, welche tangential verteilt ent lang des Werkezugkörperumfangs angeordnet sind. Vorzugsweise weist hierbei jeder Zinnenfortsatz eine radial nach innen gerichtete Umformnase auf, welche im Zuge des Umform prozesses den Bördelkragen umformt. Dadurch ist ein beson ders geeignetes Werkzeug und somit eine besonders geeignete Vorrichtung zur Herstellung des Rotors realisiert. In einer bevorzugten Anwendung ist der vorstehend beschriebene Rotor Teil eines Elektromotors. Der erfindungsgemäße Elektromotor ist hierbei beispielsweise für eine Servolenkung eines Kraftfahrzeugs geeignet und eingerichtet. Die im Hinblick auf den Rotor und/oder das Verfahren und/oder die Vorrichtung angeführten Vor teile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf den Elektromotor übertragbar und umgekehrt

Der Elektromotor weist hierbei einen Stator und eine gegenüber diesem drehbar gelagerte Motorwelle auf, auf welcher der Rotor wellenfest getragen ist. Der Elekt romotor ist hierbei beispielsweise als ein bürstenloser Elektromotor nach Art eines Innenläufers ausgeführt.

Bei einer Anwendung für eine Servolenkung ist der Elektromotor im Bereich einer Fahrerkabine angeordnet, wobei durch den erfindungsgemäßen Rotor ein beson ders laufruhiger Motorbetrieb gewährleistet ist, da die Oberflächenmagnete und Schutzhülse rüttelfrei mittels an dem Rotorpaket gehalten sind. Dadurch wird eine Geräuschentwicklung des Elektromotors vorteilhaft und einfacher reduziert, was sich vorteilhaft auf den Benutzerkomfort des Kraftfahrzeugs überträgt.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht einen Rotor in einen teilweise ausei nandergenommenen Zustand,

Fig. 2 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung den Rotor, Fig. 3 in Draufsicht den Rotor in einem Vormontagezustand, Fig. 4 in Perspektive einen ersten Stempel zur Herstellung des Rotors, Fig. 5 in perspektivischer Darstellung eine Rotorstirnseite nach einer Bearbeitung mit dem ersten Stempel gemäß Fig. 4, Fig. 6 ein Kronenwerkzeug zur Herstellung des Rotors, Fig. 7 in perspektivischen Darstellungen die Rotorstirnseite nach einer Bearbeitung mit dem Kronenwerkzeug gemäß Fig. 6,

Fig. 8 in Perspektive einen zweiten Stempel zur Herstellung des Ro tors,

Fig. 9 in perspektivischer Darstellung die Rotorstirnseite nach einer Bearbeitung mit dem zweiten Stempel gemäß Fig. 8, und

Fig. 10 in einer seitlichen Ansicht den Rotor. Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den glei chen Bezugszeichen versehen.

In der Fig. 1 ist ein Rotor 2 eines nicht näher dargestellten Elektromotors darge stellt. Der als bürstenloser Innenläufer ausgebildete Elektromotor ist hierbei bei- spielsweise Teil einer elektromotorischen Servolenkung eines Kraftfahrzeugs. Der Rotor 2 weist einen Rotorkörper 4 mit einem etwa zylindrischen Rotorpaket 6 auf, welches wellenfest mit einer Motor- oder Rotorwelle 8 gefügt ist. Die Motorwelle 8, und somit der Rotor 2, sind im Montagezustand drehbar gegenüber einem festste henden Stator des Elektromotors gelagert. Im Montagezustand ist zwischen dem Außenumfang des Rotors 2 und dem Innenumfang des Stators ist ein ringförmiger Luftspalt gebildet.

Die Fig. 2 zeigt den Rotor 2 in einem auseinandergenommenen Zustand anhand einer Explosionsdarstellung. Wie in der Explosionsdarstellung der Fig. 2 ver- gleichsweise deutlich ersichtlich ist, weist das Rotorpaket 6 in diesem Ausfüh rungsbeispiel eine gleichseitige, zehneckige Grundfläche auf. Das Rotorpaket 6 ist hierbei aus einer Anzahl von nicht näher bezeichneten Rotorblechen gebildet, welche entlang einer Axialrichtung A zu einem Blechpaket (Rotorblechpaket) ge stapelt und stanzpaketiert sind. Das Rotorpaket 6 weist hierbei eine zentrale Durchführöffnung 10 zur Aufnahme der Motorwelle 8 auf. Das Rotorpaket 6 weist weiterhin eine sich in Axialrichtung A erstreckende umfangsseitige Mantelflä che 12 auf, welche entsprechend der Grundfläche zehn gleichartige Anlageflä- chen 14 ausbildet. Die Anlageflächen 14 sind in den Figuren lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehen.

Der Rotor 2 ist in dieser Ausführungsform als ein SPM-Rotor mit zehn perma- nentmagnetischen Oberflächenmagneten 16 zur Erzeugung eines magnetischen Erregerfelds ausgeführt. Die lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehenen Oberflächenmagneten 16 sind hierbei entlang einer Tangential- oder Azimutalrich tung T an dem Außenumfang der Mantelfläche 12 verteilt am Rotorpaket 6 ange ordnet. Die Oberflächenmagnete 16 sind als Brotlaibmagnete ausgebildet, und weisen hierbei entlang der Axialrichtung A jeweils eine etwa bortlaibförmige Quer schnittsform auf, wobei die Oberflächenmagnete 16 an einer jeweils zugeordneten Anlagefläche 14 der Mantelfläche 12 positioniert angeordnet sind. Im Montagezu stand des Rotors 2 sind die Oberflächenmagneten 16 stoffschlussfrei mittels einer Haltevorrichtung 18 an der Mantelfläche 12 des Rotorpakets 6 gehalten und/oder befestigt.

Die Haltevorrichtung 18 weist zwei Halteringe oder Isolationsscheiben 20 auf. Wie anhand der Fig. 1 und Fig. 2 vergleichsweise deutlich ersichtlich wird, sind die Hal teringe 20 im Füge- oder Montagezustand auf die gegenüberliegenden Stirnseiten 22a, 22b des Rotorpakets 6 aufgesetzt. Die Halteringe 20 weisen hierbei jeweils einen kreisringförmigen Ringkörper 24 auf. Zur Hindurchführung der Motorwelle 8 ist eine zentrale Kreisringöffnung 26 in den Ringkörper 24 eingebracht. Der ent lang einer Radialrichtung R radial innenseitige Innenumfang des Ringkörpers 24, also die Innenwandung der Kreisringöffnung 26, weist in den gezeigten Ausfüh- rungsbeispielen eine etwa sternförmige Querschnittsform oder Innenkontur auf.

Die sternförmige Querschnittsform der Innenwandung wird hierbei durch zehn ra dial nach innen ragende Zahnfortsätze 28 des Ringkörpers 24 gebildet. Die Zahn fortsätze 28 sind in den Figuren lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehen. An einer dem Rotorpaket 6 jeweils zugewandten Unterseite weisen die Ring körper 24 jeweils zehn außenumfangsseitige Haltekonturen 30 und zehn innenum fangsseitige Befestigungsfortsätze 32 auf. Die Haltekonturen 30 und die Befesti gungsfortsätze 32 sind der Unterseite des Ringkörpers 24 axial emporstehend angeformt. Die Haltekonturen 30 sind hierbei gleichmäßig entlang des Außenum fangs des Ringkörpers 24 verteilt angeordnet. Die Befestigungsfortsätze 32 sind entlang des Innenumfangs verteilt angeordnet, wobei die Befestigungsfortsätze 32 insbesondere im Bereich eines jeweiligen radial innenseitigen Zahnendes der Zahnfortsätze 28 einstückig, also einteilig oder monolithisch, angeformt sind.

Wie beispielsweise in der Darstellung der Fig. 3 erkenntlich ist, ist das Vertei lungsmaß der Haltekonturen 30 und der Befestigungsfortsätze 32 derart zueinan der angeordnet, dass entlang der Tangentialrichtung T jeweils ein Befestigungs fortsatz 30 zwischen zwei benachbarten Haltekonturen 32 angeordnet ist.

Zur Reduzierung des Massenträgheitsmoments des Rotors 2 ist das Rotorpaket 6 mit zehn, das Blechpaket durchsetzenden, Aussparungen 34 versehen. Die Aus sparungen 34 sind entlang der Tangentialrichtung T gleichmäßig um die zentrale Durchführöffnung 10 herum verteilt angeordnet. Die Aussparungen 34 sind in den Figuren lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehen.

Wie insbesondere in der Fig. 3 ersichtlich ist, weisen die Aussparungen 34 entlang der Axialrichtung A eine etwa tropfenförmige Querschnittsform auf. Im Montage zustand greifen hierbei die Befestigungsfortsätze 32 des Ringkörpers 24 in die Aussparungen 34 ein. Die Tropfenform der Aussparungen 34 wirkt hierbei nach Art einer Zentrierhilfe bei einem Fügen der Halteringe 20 mit dem Rotorpaket 6. Dies bedeutet, dass der Haltering 20 mittels der Befestigungsfortsätze 32 zumin dest abschnittsweise axial in das Rotorpaket 6 eingreift.

Die entlang der Radialrichtung R radial außenseitig angeordneten Haltekontu ren 30 weisen entlang der Axialrichtung A eine etwa trapezförmige Querschnitts form auf. Die Grundseiten der Querschnittsform sind hierbei entlang der Tangenti alrichtung T orientiert. Die radial innenseitige Grundseite weist hierbei im Vergleich zu der radial außenseitigen Grundseite eine kürzere Abmessung auf. Die zwi schen den Grundseiten verlaufenden Schenkelseiten verlaufen hierbei schräg zur Tangentialrichtung T und schräg zur Radialrichtung R. Wie insbesondere in der Fig. 3 ersichtlich ist, ist das Verteilungsmaß der Haltekon turen 30 derart angeordnet, dass die Haltekonturen 30 in den Eckbereichen des zehneckigen Rotorpakets 6 angeordnet sind. Mit anderen Worten sind die Halte konturen 30 in den Eckbereichen zwischen zwei benachbarten Anlageflächen 14 angeordnet. Die Aussparungen 34 sind hierbei entlang der Radialrichtung R etwa mittig zu den jeweiligen Anlageflächen 12 orientiert.

Wie in der Draufsicht der Fig. 3 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, ist somit für jeden Oberflächenmagneten 16 eine etwa dreipunktartige Befestigung mittels des Halterings 20 realisiert. Hierbei liegen die Schenkelseiten der Haltekonturen 30 derart an der radial außenseitigen Kontur der Oberflächenmagneten 16 an, dass die Oberflächenmagneten 16 in diesen Anlagebereichen zumindest abschnittswei se tangential und radial eingefasst sind. Dies bedeutet, dass die Oberflächenmag neten 16 mittels der Haltekonturen 30 formschlüssig entlang der Tangentialrich tung T und der Radialrichtung R gehalten sind, wobei durch den Eingriff der Befes tigungsfortsätze 32 in den Aussparungen 34 ein Verdrehschutz bzw. eine Ver drehsicherung der Oberflächenmagnete 16 an der Mantelfläche 12 realisiert ist.

Die Oberflächenmagneten 16 sind hierbei an den Stirnseiten 22a, 22b des Rotor pakets 6 entlang der Radialrichtung R zumindest abschnittsweise von den Ring körpern 24 der Halteringe 20 überdeckt. Somit sind die Oberflächenmagnete 16 entlang der Axialrichtung A formschlüssig zwischen den Halteringen 20 eingefasst.

Zum Schleuderschutz der Oberflächenmagnete 16 ist eine manschettenartige Schutzhülse 36 auf den Außenumfang des Rotorkörpers 4 aufgesetzt. Die Schutzhülse 36 ist vorzugsweise aus einem Stahl, insbesondere einem Edelstahl, hergestellt. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Schutzhülse 36 insbeson dere um eine Edelstahlhülse.

Nachfolgend ist anhand der Figuren 3 bis 10 ein Verfahren zur Herstellung des Rotors 2, insbesondere zur Befestigung der Schutzhülse 36 am Rotorkörper 4, mittels einer nicht näher gezeigten Vorrichtung näher erläutert. In einem ersten Verfahrensschritt wird der Rotorkörper 4 in die Schutzhülse 36 eingesetzt. Hierzu weist die Schutzhülse 36 an der dem Rotorkörper 4 zugewand ten Stirnseite beispielsweise eine radial aufgeweitete Fase 38 (Fig. 1) als Einführ hilfe auf. Die Fase 38 weist hierbei ein in den Luftspalt ragendes radiales Über- maß auf, so dass der Rotorkörper 4 trichterartig in die Schutzhülse 36 eingesetzt oder eingeführt werden kann.

Wie insbesondere in Fig. 3 ersichtlich, weisen die Oberflächenmagnete 16 zum Außenumfang eine konvexe Wölbung 40 auf. Die Wölbungen 40 der Oberflä- chenmagnete 16 stehen hierbei dem Außenumfang des Ringkörpers 24 radial über. Mit anderen Worten bilden die Wölbungen 40 der Oberflächenmagnete 16 die radial äußersten Punkte des Rotorkörpers 4. Aufgrund der Wölbungen 40 der Oberflächenmagnete 16 weist der Außenumfang des Rotorkörpers 4 somit keine kreisrunde (Außen-)Form oder (Außen-)Kontur auf. Die Schutzhülse 36 weist hier- bei im Wesentlichen eine kreisrunde Querschnittsform auf, welche an den Schei telpunkten der Wölbungen 40 innenumfangsseitig anliegt. Dadurch sind zwischen der Schutzhülse 36 und den Flanken von jeweils zwei tangential benachbarten Oberflächenmagnete 16 zehn umfangsseitig verteilte Bereiche 42 oder Freiräume als lichte Abstände zwischen dem Außenumfang des Rotorkörpers 4 und dem In- nenumfang der Schutzhülse 36 ausgebildet.

Nach dem Einsetzen des Rotorpakets 4 in die Schutzhülse 36 wird die Fase 38 mittels eines in Fig. 4 gezeigten (ersten) Stempels 43 radial einwärtsgebogen oder gerichtet (Fig. 5). Dies bedeutet, dass der Stempel 43 das in den Luftspalt ragen- de Übermaß der Schutzhülse 36 radial einwärtsbiegt. Hierzu weist der etwa zylind rische Stempel 43 stirnseitig eine kreisförmige Vertiefung mit fasenartig geneigten Seitenwänden auf. Beim Absenken des Stempels 43 wird durch die geneigten Sei tenwände die Fase 38 der Schutzhülse 36 an den Außenumfang des Rotorpakets 4 angepresst.

In einem nächsten Verfahrensschritt wird ein stirnseitiger Bördelkragen (Bördel rand) 44 der Schutzhülse 36 umgeformt. Der Bördelkragen 44 ist hierbei ein stirn seitiger axialer Abschnitt der Schutzhülse 36, welcher beispielweise die gerichtete Fase 38 mit umfasst. Der nicht-um geformte Bördelkragen 44 steht hierbei dem einsitzenden Rotorkörper 4 zumindest teilweise axial empor. In den Darstellungen der Figuren 5, 7 und 9 weist der (nicht-umgeformte) Bördelkragen 44 beispiels weise einen axialen Überstand von weniger als 15 mm (Millimeter), insbesondere weniger als 10 mm, beispielsweise etwa 5 mm, auf.

Der Bördelkragen 44 wird nach einem Einsetzen des Rotorkörpers 4 in die Schutzhülse 36 form- und/oder kraftschlüssig in die radial eingezogenen Bereiche 42 zwischen den Wölbungen 40 hinein umgeformt, verstemmt oder gebördelt.

Dies bedeutet, dass die Montagekräfte zum Fügen der Schutzhülse 36 mit dem Rotorkörper 4 gezielt in die Zwischenbereiche eingebracht werden. Mit anderen Worten werden die zwischen den Flanken der Wölbungen 40 gebildeten Freiräu me oder Freiflächen als Angriffspunkte für ein Umformwerkzeug genutzt. Dies be deutet, dass die Fläche der Schutzhülse 36 in den Bereichen 42 als lokale Ver- stemmflächen radial nach innen verformt oder gebördelt wird.

Zur Umformung des Bördelkragens 44 weist die Vorrichtung ein Kronenwerk zeug 46 als Umformstempel auf. Das in der Fig. 6 einzeln dargestellte Kronen werkzeug 46 der Vorrichtung weist einen zylindrischen Werkzeugkörper 48 mit einem stirnseitigen, dem Rotor 2 zugewandten, Kronenkranz 50 und einer zentra len Aussparung 52 für einen nicht näher gezeigten Fortsatz auf.

Der bolzen- oder zylinderförmige Fortsatz ist beispielsweise als ein Stift oder Zap fen in die Aussparung 52 eingesteckt. Alternativ kann der Fortsatz auch einstückig an den Werkzeugkörper 48 angeformt sein. Der Durchmesser des Fortsatzes ist hierbei geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der Durchführöffnung 10.

Der Kronenkranz 50 weist zehn umfangsseitig verteilt angeordnete Kronen- oder Zinnenfortsätze 54 auf. Die Zinnenfortsätze 54 weisen jeweils eine radial nach innen gerichtete Umformnase 56 auf. Die Umformnase 56 weist eine axial geneig te Rampe als Umformkontur für den Bördelkragen 44 auf. Zur Umformung wird das Kronenwerkzeug 46 nach Art eines Stempels in Richtung der Stirnseite 22a von oben den mit der Schutzhülse 36 bestückten Rotorkörper 4 abgesenkt. Hierbei greift der Fortsatz in die Durchführöffnung 10 ein, so dass der Rotorkörper 4 und das Kronenwerkzeug 46 zueinander axial fluchtend zentriert und ausgerichtet werden. Beim Absenken des Kronenwerkzeugs 46 wird der Bör delkragen 44 mittels der Umformnasen 56 in die Bereiche 42 hinein umgeformt, verstemmt, oder gebördelt.

Durch das Kronenwerkzeug 46 wird der obere Rand des Bördelkragens 44 in den Bereichen 42 radial nach innen gebördelt, so dass der Haltering 20 - und somit der Rotorkörper 4 - in den Bereichen 42 zumindest abschnittsweise axial von dem Bördelkragen 44 Übergriffen ist.

Die Fig. 7 zeigt einen Blick auf die Stirnseite des Rotors 2 nach dem Umformpro- zess mittels des Kronenwerkzeugs 46. Wie in der Fig. 6 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, ist das Material der Schutzhülse 36 durch die Umformung im Be reich der Wölbungen 40 weggedrückt oder abgehoben. Mit anderen Worten bildet sich durch das Umformen in den Bereichen 42 ein lichter Abstand 58 im dazwi schenliegenden Bereich der Wölbungen 40 aus. Dadurch ist die Schutzhülse 36 im Bereich der Wölbungen 40 beziehungsweise im Bereich der Abstände 58 radial in den späteren Luftspalt zwischen Rotor 2 und Stator verformt.

Zur Reduzierung der Abstände 58 wird der Bördelkragen 44 daher in einem dritten Verfahrensschritt mittels eines in Fig. 8 gezeigten (zweiten) Stempels 59 axial und radial an den Rotorkörper 4 beziehungsweise den Haltering 20 angepresst. Der Stempel 59 ist hierbei ähnlich zum Stempel 43 ausgeführt, wobei die zentrale Ver tiefung des Stempels 59 tiefer als die des Stempels 43 ausgeführt ist. Beispiels weise ist der Durchmesser der Vertiefung bei dem Stempel 43 größer als bei dem Stempel 59. Die Stempel 43 und 59 weisen beispielsweise auch Aussparungen 52 für einen beim Absenken in die Durchführöffnung 10 eingreifenden Fortsatz auf. Die Fig. 9 und Fig. 10 zeigen den Rotor 2 im Fügezustand nach dem dritten Ver fahrensschritt. Durch den (zweiten) Stempel 43 wird das Material der Schutzhülse 36 im Bereich des Bördelkragens 44 von außen an den Rotorkörper 4 angepresst, so dass die Abstände 58 im Wesentlichen auf null umgeformt werden. Mit anderen Worten wird die Schutzhülse 36 beziehungsweise der Bördelkragen 44 außenumfangssei- tig an die Wölbungen 40 angeschmiegt. Die Schutzhülse 36 umgreift im Bereich des Bördelkragens 44 somit die Außenkontur des Rotorkörpers 4 in einer radial und tangential formschlüssigen Art und Weise.

Verfahrensgemäß wird somit der Raum zwischen den Oberflächenmagneten 16 zur gezielten Einleitung der Montagekräfte genutzt. Da der Haltering 20 radial et was kleiner als der Außenumfang des Rotorkörpers 4 ist, und an dieser Stelle kein Oberflächenmagnet 16 in axialer Richtung liegt, wird das Material der Schutzhül se 36 im Zuge der Umformung mit dem Kronenwerkzeug 46 sowohl radial als auch axial in die freien Bereiche 42 verdrängt, was zu einem geringeren Bulken des Materials in radialer Richtung führt. Insbesondere wird das Material hierbei axial nach unten, also in Richtung der Stirnseite 22b, in den freien Bereich ver drängt, wodurch ein radiales Bulken des Materials reduziert wird. Das aufbulkende Material stellt in diesen Bereichen 42 keine Beeinträchtigung des Elektromotors beziehungsweise des Luftspaltes dar, da der Abstand zum Stator hin in diesen Bereichen 42 wesentlich größer als im Bereich der Wölbungen 40 ist. Verfahrens gemäß wird somit ein radiales Aufbulken der Schutzhülse 36 gezielt lediglich in den Bereichen 42 bewirkt oder in Kauf genommen, an welchen der radiale Ab stand zum Stator größer ist. Die beanspruchte Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausfüh rungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus im Rahmen der offenbarten Ansprüche abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen. Insbe sondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungs- beispielen beschriebenen Einzelmerkmale im Rahmen der offenbarten Ansprüche auch auf andere Weise kombinierbar, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen. So ist das Kronenwerkzeug 46 beispielsweise auch für sich allein erfinderisch und stellt somit eine eigene Erfindung dar.

Bezugszeichenliste

2 Rotor

4 Rotorkörper

Rotorpaket

8 Motorwelle 10 Durchführöffnung 12 Mantelfläche 14 Anlagefläche 16 Oberflächenmagnet 18 Haltevorrichtung 20 Haltering

22a, 22b Stirnseite 24 Ringkörper 26 Kreisringöffnung

28 Zahnfortsatz 30 Haltekontur 32 Befestigungsfortsatz 34 Aussparung 36 Schutzhülse 38 Fase 40 Wölbung

42 Bereich

43 Stempel 44 Bördelkragen

46 Kronenwerkzeug

48 Werkzeugkörper

50 Kronenkranz

52 Aussparung 54 Zinnenfortsatz

56 Umformnase

58 Abstand

59 Stempel A Axialrichtung

R Radialrichtung

T Tangentialrichtung