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Dokumentenidentifikation DE4440125A1 15.05.1996
Titel Rotor für Kleinmotoren
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Knoepfel, Gerd, Dipl.-Ing. (FH), 77815 Bühl, DE;
Doll, Theo, 77815 Bühl, DE;
Krauth, Wolfgang, 77855 Achern, DE
DE-Anmeldedatum 10.11.1994
DE-Aktenzeichen 4440125
Offenlegungstag 15.05.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.05.1996
IPC-Hauptklasse H02P 1/28
Zusammenfassung Bei einem Roboter für Kleinmotoren in Außenläuferbauweise mit einem topfförmigen Polgehäuse (10) und mit einem kunststoffgebundenen, Permanentmagnetpole enthaltenden Polring (12) ist zur Herstellung des Rotors aus nur wenigen kostengünstig zu fertigenden und automatisch gut zu montierenden Teilen der Polring (12) am Polgehäuse (10) über zwei ringförmige Auflageflächen (13, 14) mit gegenüber der Polringbreite sehr viel kleinerer Ringbreite abgestützt, die am Polring (12) im Axialabstand voneinander mit dazwischenliegender Spielpassung ausgebildet sind. Zur Sicherung gegen axiale Verschiebung und zugleich zur Zentrierung ist am Topfboden (101) des Polgehäuses (10) ein Federelement (15) befestigt, das mit über den Umfang verteilt angeordnete, sich radial nach außen erstreckende Federlappen (17) den Polring (12) axial mit einer zum Topfboden (101) hin gerichteten axialen Anpreßkraft übergreift (Fig. 1).

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Rotor für Kleinmotoren in Außenläuferbauweise der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Bei einem bekannten Rotor in Außenläuferbauart der eingangs genannten Art für Magnetgeneratoren, insbesondere für Schwungradmagnetzünder von Brennkraftmaschinen (DE 32 40 161 A1) weist die innere Mantelfläche des topfförmigen Polgehäuses in ihrem vom Topfboden abgekehrten vorderen Bereich einen etwas größeren Durchmesser auf als in ihrem dem Topfboden zugekehrten hinteren Bereich. Der Polring ist bis in den hinteren Bereich der Mantelfläche axial eingepreßt, wobei er sich stirnseitig an Anschlägen abstützt, die vom Topfboden axial vorspringen. An der Vorderseite des Polgehäuses eingeschälte Krallen übergreifen nach Einpressen des Polrings diesen an seinem hinteren Ende radial und sichern ihn dadurch gegen axiales Verschieben.

Bei einem ebenfalls bekannten Rotor mit topf- oder tassenförmigen Polgehäuse (EP 0 205 090 A3) sind die Magnetpole als einzelne Magnetsegmente ausgebildet, die in Umfangsrichtung aneinanderliegen und sich an der inneren Mantelfläche des Polgehäuses abstützen. Die radiale Anpressung der Magnetsegmente an das Polgehäuse und die Sicherung der Magnetsegmente gegen axiales Verschieben erfolgt durch ein topfförmiges Federelement, das am Topfboden des Polgehäuses befestigt ist, sich radial an die Magnetsegmente anpreßt und diese auf der vom Topfboden des Polgehäuses abgekehrten Stirnseite radial übergreift.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Rotor in Außenläuferbauweise mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil eines kostengünstigen konstruktiven Gesamtkonzepts, das nur eine geringe Anzahl von günstig herstellbar und automatisch gut montierbaren Teilen, nämlich das Polgehäuse, den Polring und das Federelement, aufweist. Die beiden ringförmigen Auflageflächen am Polring mit dazwischenliegender Spielpassung, die aus magnetischen Gründen möglichst klein gehalten wird, ermöglichen eine montagefreundliche und zuverlässige Positionierung und Halterung des Polrings im Polgehäuse, ohne daß übermäßige Toleranzanforderungen vorgeschrieben werden müssen. Bei der Montage, d. h. beim Einpressen des Polrings in das Polgehäuse, sind nur geringe Fügekräfte erforderlich. Die beim Drehen des Rotors auftretenden, auf den Polring wirkenden Radialkräfte drücken den Polring gegen das Polgehäuse und unterstützen dabei dessen Fixierung in radialer Richtung. Die Fixierung in axialer Richtung wird durch das einstückige Federelement sichergestellt, das nach Einpressen des Polrings in das Polgehäuse eingesetzt und in einfacher Weise am Topfboden des Polgehäuses befestigt wird. Das Polgehäuse ist tiefgezogen und trägt einstückig eine Zentralhülse zum Aufpressen auf die Rotorwelle.

Mit der geringen Anzahl der Bauteile des Rotors ist eine geringe Unwucht des Rotors verbunden, da diese nur durch wenige Bauteiltoleranzen beeinflußt wird. Der Rotor ist für hohe Drehzahlen geeignet, da die auf den Polring wirkenden Fliehkräfte durch das Polgehäuse abgestützt werden. Das Federelement gleicht unterschiedliche thermische Ausdehnungen von Polgehäuse und Polring aus, so daß der Kleinmotor auch hohen thermischen Belastungen ausgesetzt werden kann.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Rotors möglich.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verläuft die dem Boden des topfförmigen Polgehäuses zugekehrte vordere Auflagefläche des Polrings unter einem spitzen Winkel, vorzugsweise etwa 45°, und die vom Boden abgekehrte hintere Auflagefläche des Polrings in etwa parallel zur Polachse des Polrings, wobei eine Abweichung von der Parallelität insoweit gegeben ist, wie dies zur Erzeugung eines Preßsitzes zwischen der hinteren Ringfläche und dem Polgehäuse erforderlich ist. Am Polgehäuse ist der Übergangsbereich von Topfboden zum Mantel als Konus ausgebildet, der der vorderen Auflagefläche des Polrings entsprechend angepaßt ist. Durch diese konstruktive Maßnahmen wird der Polring in Zusammenwirken mit dem Federelement sowohl in axialer Richtung im Polgehäuse gehalten als auch radial im Polgehäuse abgestützt und zentriert.

Diese radiale Halterung und Zentrierung des Polrings wird verbessert, wenn gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung das dem Topfboden des Polgehäuses zugekehrte vordere Ende des Polrings konusförmig ausgebildet und die vordere Auflagefläche des Polrings auf diesem konusförmigen Abschnitt mit gegenüber der Konusfläche kleinerer Ringfläche und zu dieser erhaben ausgebildet wird.

Zur Sicherstellung der Spielpassung zwischen den beiden Auflageflächen ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die hintere Auflagefläche am Polring gegenüber der äußeren Mantelfläche des Polrings erhaben ausgeführt.

Wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die erhabene Auflagefläche am Polring durch eine Anzahl von über den Umfang vorzugsweise gleichmäßig verteilten Vertiefungen unterbrochen, so entstehen im Bereich der hinteren Auflagefläche am Polring kleine Zentriernasen. Da diese Zentriernasen keine axialen, sondern ausschließlich radiale Kräfte übertragen müssen, können sie entsprechend klein, d. h. mit geringem Anlagequerschnitt, gestaltet werden. Hierdurch ergeben sich einerseits niedrigere Fügekräfte beim Einpressen des Polrings in das Polgehäuse, und andererseits kann die Toleranzüberdeckung entsprechend groß ausgelegt werden. Insgesamt werden dadurch die Herstellkosten von Polgehäuse und Polring günstig beeinflußt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Polring an seinem dem Topfboden des Polgehäuses zugekehrten vorderen Ende einen nach innen radial vorspringenden, einstückigen Ringsteg auf, wobei das am Topfboden befestigte Federelement so gestaltet ist, daß die Federlappen den Ringsteg radial hintergreifen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist am Topfboden des Polgehäuses eine damit einstückige zentrale, koaxiale Hülse ausgebildet, die in das Topfinnere vorsteht. Über diese Hülse wird das Polgehäuse auf die Rotorwelle aufgepreßt. Insbesondere bei einem dünnwandigen Polgehäuse ergibt sich dadurch eine nur geringe axiale Anlagefläche für die Lagerung der Rotorwelle im Stator. Eine ausreichend große Anlagefläche wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch das Federelement zur Verfügung gestellt, indem das Federelement eine zentrale, vom Topfboden wegstrebende, sich konisch verjüngende Ausbauchung mit einer im planen Grund der Ausbauchung angeordneten Durchtrittsöffnung für die Rotorwelle erhält. Der Grund der Ausbauchung bildet dann die axiale Abstützfläche für das drehfest auf der Rotorwelle sitzende Lagerteil des Rotorlagers. Wird dieses als Wälzlager mit auf der Rotorwelle drehfest sitzendem Innenring ausgebildet, so sind am Grunde der Ausbauchung des Federelements eine Anzahl von Federstegen derart ausgestaltet, daß sie eine axiale Kraft auf den Innenring des Rotorlagers ausüben.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Rotors in Außenläuferbauweise für einen Kleinmotor mit Rotorwelle und Rotorlager,

Fig. 2 eine Ansicht des Rotors in Richtung Pfeil II in Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts III in Fig. 1,

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts des modifizierten Rotors in Blickrichtung gemäß Pfeil IV in Fig. 1,

Fig. 5 einen Ausschnitt eines Längsschnitts des Rotors in Fig. 1 mit Rotorwelle und als Gleitlager ausgebildetem Rotorlager.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Der in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Rotor in Außenläuferbauweise für einen Kleinmotor weist ein als Tiefziehteil gestaltetes topfförmiges Polgehäuse 10 mit einem Topfboden 101 und einem zylinderförmigen Topfmantel 102 sowie mit einer zentralen koaxialen Hülse 103 zum Aufpressen auf eine Rotorwelle 11 auf. Im Übergangsbereich von Topfboden 101 zum Topfmantel 102 ist ein Konus 104 ausgebildet. Der Konuswinkel α beträgt im dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 45°. In das Polgehäuse 10 ist ein Polring 12 eingesetzt, der als Spritzgußteil hergestellt ist und in einem Kunststoff eingebundene Permanentmagnetpole enthält. Üblicherweise besitzen in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Permanentmagnetpole wechselnde Polarität.

Der Polring 12 ist an seinem dem Topfboden 101 des Polgehäuses 10 zugekehrten vorderen Ende konusförmig ausgebildet, wobei der Konuswinkel dem Konus 104 im Polgehäuse 10 angepaßt ist und etwa 45° beträgt. Auf dem konusförmigen Abschnitt ist eine erste vordere ringförmige Auflagefläche 13 mit gegenüber der Konusfläche kleinerer Ringfläche und zu der Konusfläche erhaben ausgebildet. Weiterhin weist der Polring 12 an diesem seinen dem Topfboden 101 zugekehrten vorderen Ende einen nach innen radial vorspringenden einstückigen Ringsteg 121 auf. An dem vom Topfboden 101 des Polgehäuses 10 abgekehrten hinteren Ende ist am Polring 12 eine zweite, hintere ringförmige Auflagefläche 14 in etwa parallel zur Achse des Polrings 12 und gegenüber der äußeren Mantelfläche des Polrings 12 erhaben ausgebildet. Zur Erzeugung eines Preßsitzes zwischen der Auflagefläche 14 und dem Topfmantel 102 des Polgehäuses 10 ist die Auflagefläche 14 geringfügig nach hinten angestellt und weicht insofern etwas von der Parallelität zur Achse des Polrings 12 ab.

Bei der Montage wird der Polring 102 in das Polgehäuse 10 eingeschoben, wobei er sich mit seiner vorderen Auflagefläche 13 an den Konus 104 des Polgehäuses 10 anlegt und im Bereich der zweiten Auflagefläche 14 durch Preßsitz im Polgehäuse 10 gehalten wird. Durch die erhabene Ausbildung der Auflagefläche 14, die damit geringfügig über die Außenkontur des Polrings 12 vorsteht, ist der Bereich zwischen den Auflageflächen 13, 14 als Spielpassung ausgelegt, wobei aus magnetischen Gründen der dabei zwischen Polgehäuse 10 und Polring 12 auftretende Luftspalt möglichst klein gehalten wird.

Zur Halterung und Zentrierung des Polrings 12 im Polgehäuse 10 ist ein Federelement 15 vorgesehen, das in Fig. 1 im Schnittbild und in Fig. 2 in Draufsicht zu sehen ist. Das einstückige Federelement 15 liegt am Topfboden 102 des Polgehäuses 10 an und ist dort beispielsweise durch Nieten oder Verstemmen befestigt. Die Nietungen sind in Fig. 2 mit 16 gekennzeichnet. Das kreisrunde Federelement 15 weist über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Federlappen 17 auf, die sich radial nach außen erstrecken und den Ringsteg 121 des Polrings 12 unter Aufbringung einer axial gerichteten Anpreßkraft hintergreifen. Weiterhin weist das Federelement 15 eine zentrale, vom Topfboden 101 wegstrebende, sich konisch verjüngende Ausbauchung 18 auf, die sich konisch verjüngt und im planen Grund 181 eine Durchtrittsöffnung 19 für die in die zentrale Hülse 103 des Polgehäuses 10 eingepreßte Rotorwelle 11 aufweist. An dem Grund 181 der Ausbauchung 18 stützt sich ein auf die Rotorwelle 11 aufgepreßter Innenring 20 eines als Wälzlager ausgebildeten Rotorlagers 21 ab, dessen Außenring 22 an einem mit 23 ausschnittsweise angedeuteten Stator befestigt ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind im Grunde 181 der Ausbauchung 18 Federstege 24 derart abgebogen, daß sie eine axiale Kraft auf den Innenring 20 des Rotorlagers 21 ausüben. Dieses axiale Verspannen des Innenrings 20 führt zu einem geräuscharmen Lauf des Rotorlagers 21.

In Fig. 5 ist das Rotorlager 21 als Gleitlager ausgebildet. In diesem Fall sind die Federstege 24 im Grunde 181 der Ausbauchung 18 entfallen, und der planare Grund 181 der Ausbauchung 18 dient als starre Anschlagfläche für das Rotorlager 21.

Bei einer in Fig. 5 dargestellten Modifizierung des beschriebenen Rotors ist die erhabene hintere Auflagefläche 14 am Polring 12 von einer Vielzahl von Vertiefungen 25 unterbrochen, die gleichmäßig verteilt über den Umfang der ringförmigen Auflagefläche 14 angeordnet sind. Die radiale Tiefe entspricht etwa dem Vorstand, den die erhabene hintere Auflagefläche 14 über die Außenfläche des Polrings 12 vorsteht. Durch diese Vertiefungen 25 wird die Auflagefläche 14 durch eine Anzahl von über den Umfang verteilten Zentriernasen 26 gebildet. Da diese Zentriernasen 26 nur radiale Kräfte übertragen müssen, sind sie in Umfangsrichtung gesehen relativ schmal ausgebildet. Durch diese Reduzierung der Auflagefläche 14 auf die Zentriernasen 26 ergeben sich einerseits niedrigere Fügekräfte bei Einpressen des Polrings 12 in das Polgehäuse 10 und kann andererseits die Toleranzüberdeckung entsprechend groß ausgelegt werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Rotor für Kleinmotoren in Außenläuferbauweise mit einem topfförmigen Polgehäuse (10), das drehfest auf einer Rotorwelle (11) sitzt, mit einem kunststoffgebundenen, Permanentmagnetpole enthaltenden Polring (12), der sich an der inneren Mantelfläche des Polgehäuses (10) abstützt und gegen axiale Verschiebung im Polgehäuse (10) durch den Polring (12) radial übergreifende Haltenasen gesichert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung des Polrings (12) am Polgehäuse (10) über zwei ringförmige Auflageflächen (13, 14) mit gegenüber der Polringbreite sehr viel kleinerer Ringbreite vorgenommen ist, die vom Polring (12) in Axialabstand voneinander mit dazwischenliegender Spielpassung ausgebildet sind, und daß die Haltenasen von Federlappen (17) eines am Topfboden (101) des Polgehäuses (10) befestigten Federelements (15) gebildet sind, die über den Umfang des Federelements (15) verteilt angeordnet sind und sich radial nach außen erstrecken.
  2. 2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Topfboden (101) des Polgehäuses (10) zugekehrte vordere Auflagefläche (13) des Polrings (12) unter einem spitzen Winkel, vorzugsweise etwa 45°, und die vom Topfboden (101) abgekehrte hintere Auflagefläche (14) des Polrings (12) in etwa parallel mit einer zur Erzeugung eines Preßsitzes erforderlichen Abweichung von der Parallelität jeweils zur Achse des Polrings (12) verläuft und daß im Übergangsbereich von Topfboden (101) und Topfmantel (102) des Polgehäuses (10) ein der vorderen Auflagefläche (13) des Polrings (12) angepaßter Konus (104) ausgebildet ist.
  3. 3. Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Topfboden (101) des Polgehäuses (10) zugekehrte Ende des Polrings (12) konusförmig, mit vorzugsweise einem Konuswinkel von etwa 45°, ausgebildet ist und daß die vordere Auflagefläche (13) des Polrings (12) auf diesem konusförmigen Abschnitt mit gegenüber der Konusfläche kleinerer Ringfläche und zu dieser erhaben ausgebildet ist.
  4. 4. Rotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Auflagefläche (14) am Polring (12) gegenüber der äußeren Mantelfläche des Polrings (12) erhaben ausgebildet ist.
  5. 5. Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Auflagefläche (13) am Polring (12) von über den Umfang, vorzugsweise gleichmäßig, verteilten Vertiefungen (25) unterbrochen ist.
  6. 6. Rotor nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Polring (12) an seinem dem Topfboden (101) des Polgehäuses (10) zugekehrten Ende einen ins Topfinnere radial vorspringenden, einstückigen Ringsteg (121) aufweist und daß die Federlappen (17) am Federelement (15) den Ringsteg (121) radial mit axialer Anpreßkraft hintergreifen.
  7. 7. Rotor nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß vom Topfboden (101) des Polgehäuses (10) eine damit einstückig ausgebildete koaxiale Hülse (103) ins Topfinnere hinein vorsteht, die auf die Rotorwelle (11) aufgepreßt ist.
  8. 8. Rotor nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (15) eine zentrale, vom Topfboden (101) des Polgehäuses (10) wegstrebende, sich konisch verjüngende Ausbauchung (18) mit einer im planen Grund (181) der Ausbauchung (18) angeordneten Durchtrittsöffnung (19) für die Rotorwelle (11) aufweist und daß der Grund (181) der Ausbauchung (18) eine axiale Abstützfläche für ein auf der Rotorwelle (11) sitzendes Lagerteil (20) eines Rotorlagers (21) bildet.
  9. 9. Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotorlager (21) als Wälzlager mit auf der Rotorwelle (11) drehfest sitzendem Innenring (20) ausgebildet ist und daß im Grund (181) der Ausbauchung (18) eine Anzahl von Federstangen (24) derart ausgebogen ist, daß sie eine axiale Kraft auf den Innenring (20) des Rotorlagers (21) ausüben.






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