DE102020200551A1

DE102020200551A1 - Rotor of an electric motor

Info

Publication number: DE102020200551A1
Application number: DE102020200551.6A
Authority: DE
Inventors: Patrick Altherr; Antonio Menonna
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2020-01-17
Filing date: 2020-01-17
Publication date: 2021-07-22
Also published as: WO2021144084A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rotor (1) eines Elektromotors (2).Erfindungswesentlich ist dabei,- dass der Rotor (1) eine Grundwelle (3) aufweist,- dass an einer Außenmantelfläche (4) der Grundwelle (3) zumindest ein Blechpaket (5) angeordnet ist,- dass in dem zumindest einen Blechpaket (5) eine Ausnehmung (6) vorgesehen ist, in welcher ein Gewichtselement (7) zum Ausgleich einer Unwucht angeordnet ist.Hierdurch kann ein Rotor (1) geschaffen werden, der kostengünstig und einfach ausgewuchtet ist.The invention relates to a rotor (1) of an electric motor (2). It is essential to the invention that - the rotor (1) has a basic shaft (3), - that at least one laminated core (5 ) is arranged, - that in the at least one laminated core (5) a recess (6) is provided in which a weight element (7) is arranged to compensate for an imbalance. This allows a rotor (1) to be created that is inexpensive and simple is balanced.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor eines Elektromotors, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen Elektromotor mit einem solchen Rotor.The present invention relates to a rotor of an electric motor, according to the preamble of claim 1. The invention also relates to an electric motor with such a rotor.

Gattungsgemäße Rotoren eines Elektromotors besitzen üblicherweise eine Grundwelle, auf der Blechpakete montiert sind. Derartige Blechpakete können beispielsweise metallische Kerne zur Aufnahme einer Spule sein. Da derartige Rotoren in Elektromotoren vergleichsweise schnell drehen und damit hohe Umdrehungszahlen aufweisen, treten auch nicht zu unterschätzende Fliehkräfte auf, sofern der Rotor eine Unwucht besitzt, wobei derartige Unwuchten vergleichsweise schnell zu Lagerschäden führen können. Zur Kompensation derartiger Unwuchten wird bislang üblicherweise eine Wuchtscheibe auf der Grundwelle montiert, in die Bohrungen eingebracht und dadurch die Unwucht der Blechpakete ausgeglichen wird. Derartige Wuchtscheiben stellen jedoch eigene Bauteile dar, die nicht nur separat gefertigt, sondern zusätzlich auch auf der Grundwelle des Rotors montiert werden müssen, was einen nicht zu unterschätzenden Kostenaufwand bedeutet.Generic rotors of an electric motor usually have a basic shaft on which laminated cores are mounted. Such laminated cores can, for example, be metallic cores for receiving a coil. Since such rotors in electric motors rotate comparatively quickly and thus have high numbers of revolutions, centrifugal forces that should not be underestimated also occur if the rotor has an imbalance, such imbalances can lead to bearing damage comparatively quickly. To compensate for such imbalances, a balancing disk has hitherto usually been mounted on the basic shaft, into which bores are made, and thereby the imbalance of the laminated cores is compensated. Such balancing disks, however, represent their own components which not only have to be manufactured separately, but also have to be mounted on the basic shaft of the rotor, which means a cost that should not be underestimated.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Rotor der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.The present invention is therefore concerned with the problem of specifying an improved or at least an alternative embodiment for a rotor of the generic type, which in particular overcomes the disadvantages known from the prior art.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, this problem is solved by the subject matter of independent claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zum Ausgleich einer Unwucht eines Rotors nicht mehr wie bislang eine Wuchtscheibe einzusetzen, sondern an einem Bauteil des Rotors, nämlich konkret an einem Blechpaket, zumindest eine Ausnehmung vorzusehen, in die je nach ermittelter Unwucht Gewichtselemente eingesetzt werden können und dadurch die Unwucht ausgeglichen werden kann. Der erfindungsgemäße Rotor besitzt dabei eine Grundwelle, an deren Außenmantelfläche zumindest ein Blechpaket, vorzugsweise jedoch zumindest zwei Blechpakete, angeordnet ist/sind. Ist nur ein einziges Blechpaket vorgesehen, so reicht dieses vorzugsweise über den ganzen Umfang. In zumindest einem Blechpaket ist eine Ausnehmung vorgesehen, in welcher ein Gewichtselement zum Ausgleich einer Unwucht angeordnet ist bzw. anordenbar ist. Sollte demzufolge der Rotor keine Unwucht aufweisen, so müsste in der Ausnehmung des Blechpaketes auch kein Gewichtselement angeordnet werden. Ist nur ein einziges Blechpaket vorgesehen, so ist vorzugsweise eine umlaufende Ausnehmung vorgesehen, die selbst keine Unwucht erzeugt. Um unterschiedliche Unwuchten ausgleichen zu können, können unterschiedlich schwere Gewichtselemente vorgesehen sein, die in Abhängigkeit der bestehenden Unwucht in der zugehörigen Ausnehmung angeordnet werden können. Mit dem erfindungsgemäßen Rotor ist es möglich, auf die bislang separat herzustellende und separat zu montierende Wuchtscheibe zu verzichten, ebenso wie auf eine individuelle Bohrung derselben, um eine eventuell bestehende Unwucht des Rotors ausgleichen zu können. Vielmehr wird bei dem erfindungsgemäßen Rotor ein ohnehin vorhandenes Blechpaket genutzt, indem eine Ausnehmung eingebracht und dort ein eventuell erforderliches Ausgleichgewichts eingesetzt wird.The present invention is based on the general idea of no longer using a balancing disk to compensate for an imbalance in a rotor, but rather to provide at least one recess on a component of the rotor, specifically on a laminated core, into which weight elements are inserted depending on the imbalance determined and thereby the imbalance can be compensated. The rotor according to the invention has a basic shaft, on the outer jacket surface of which at least one laminated core, but preferably at least two laminated cores, is / are arranged. If only a single laminated core is provided, this preferably extends over the entire circumference. In at least one laminated core, a recess is provided in which a weight element is or can be arranged to compensate for an imbalance. If, as a result, the rotor should not have any imbalance, then no weight element would have to be arranged in the recess of the laminated core. If only a single laminated core is provided, a circumferential recess is preferably provided which itself does not produce any imbalance. In order to be able to compensate for different imbalances, weight elements of different weights can be provided, which can be arranged in the associated recess as a function of the existing imbalance. With the rotor according to the invention, it is possible to dispense with the balancing disk, which had previously been manufactured and assembled separately, as well as an individual bore of the same in order to be able to compensate for any unbalance in the rotor. Rather, a laminated core that is already present is used in the rotor according to the invention, in that a recess is made and a possibly required balance weight is used there.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die Grundwelle als Hohlwelle ausgebildet. Alternativ ist selbstverständlich auch denkbar, dass die Grundwelle als Vollwelle ausgebildet ist. Die als Hohlwelle ausgebildete Grundwelle bietet dabei den großen Vorteil, dass diese geringere Trägheitsmomente und zugleich ein geringeres Gewicht aufweist, wodurch sich insbesondere Vorteile beim Einbau in einem Elektromotor bieten, der in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird. Eine als Hohlwelle ausgebildete Grundwelle bietet darüber hinaus den Vorteil einer Materialreduzierung und damit einer Ressourcenschonung.In an advantageous development of the solution according to the invention, the basic shaft is designed as a hollow shaft. Alternatively, it is of course also conceivable that the basic wave is designed as a solid wave. The basic shaft designed as a hollow shaft offers the great advantage that it has lower moments of inertia and at the same time a lower weight, which in particular offers advantages when it is installed in an electric motor that is used in a motor vehicle. A basic shaft designed as a hollow shaft also offers the advantage of reducing material and thus conserving resources.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind zumindest zwei Blechpakete axial benachbart zueinander angeordnet. Durch eine Variation der Anzahl der auf der Grundwelle angeordneten Blechpakete kann individuell auf eine Leistung des Elektromotors Einfluss genommen werden.In an advantageous further development of the solution according to the invention, at least two laminated cores are arranged axially adjacent to one another. By varying the number of laminated cores arranged on the base shaft, it is possible to individually influence the output of the electric motor.

Zweckmäßig ist die zumindest eine Ausnehmung an einer freien Stirnseite eines Blechpaketes angeordnet. Werden beispielsweise mehrere axial benachbart zueinander angeordnete Blechpakete auf der Grundwelle vorgesehen, so ist zumindest an einer freien Stirnseite zumindest eine Ausnehmung zur Aufnahme eines solchen Gewichtselements angeordnet. Rein theoretisch können selbstverständlich auch zwischen zwei benachbarten Blechpaketen angeordnete Ausnehmungen zur Aufnahme eines Gewichtselements zum Ausgleich einer Unwucht vorgesehen werden, wobei eine Anordnung der Ausnehmung an einer freien Stirnseite eines Blechpaketes des großen Vorteil bietet, dass diese Ausnehmung auch nach Montage sämtlicher Blechpakete auf der Grundwelle noch frei zugänglich ist.The at least one recess is expediently arranged on a free end face of a laminated core. If, for example, several laminated cores arranged axially adjacent to one another are provided on the base shaft, then at least one recess for receiving such a weight element is arranged at least on a free end face. Purely theoretically, recesses arranged between two adjacent laminated cores can of course also be provided to accommodate a weight element to compensate for an imbalance, an arrangement of the recess on a free end face of a laminated core offers the great advantage that this recess is still present after all of the laminated cores have been installed on the base shaft is freely accessible.

Zweckmäßig ist die Ausnehmung als Bohrung oder als Fräsung ausgebildet. Durch ein einfaches Einbohren der Ausnehmung in ein zugehöriges Blechpaket lässt sich die Ausnehmung äußerst einfach und insbesondere auch nachträglich herstellen.The recess is expediently designed as a bore or as a milling. By simply drilling the recess into an associated one Laminated core, the recess can be produced extremely easily and, in particular, also subsequently.

Weitere vorteilhafte Ausführungen zur Herstellung der Ausnehmung sind, Ausstanzen oder Tiefziehen, somit kann die Ausnehmung direkt bei der Blechpaketherstellung ohne weitere Arbeitsschritte hergestellt werden.Further advantageous embodiments for producing the recess are punching out or deep drawing, so the recess can be produced directly during the manufacture of the laminated core without any further work steps.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind längsendseitig der Grundwelle Lagerbereiche angeordnet. Zu einer axialen und/oder radialen Lagerung der Grundwelle im Elektromotor sind derartige Lagerbereiche erforderlich, über die der Rotor entweder direkt oder indirekt über beispielsweise ein Kugellager gelagert wird. Die Lagerbereiche können dabei einen integralen Bestandteil der Grundwelle bilden und insbesondere einstückig mit dieser ausgebildet sein. Alternativ ist selbstverständlich auch vorstellbar, dass zumindest einer dieser Lagerbereiche durch einen in die Grundwelle eingesteckten Lagerstopfen gebildet ist, was den großen Vorteil bietet, eine standardisierte Grundwelle zu verwenden und die Lagerbereiche durch entsprechend gestaltete und individuell auszuwählende Lagerstopfen frei zu gestalten. Ein derartiger Lagerstopfen kann in der Grundwelle beispielsweise mittels einer Klebeverbindung, einer Pressverbindung, einem Verstemmen, einer Löt- oder Schweißverbindung oder einem thermischen Fügesitz fixiert werden. Bereits diese nicht abschließende Aufzählung lässt erahnen, welch mannigfaltige Anbindungsmöglichkeiten des Lagerstopfens an die Grundwelle vorhanden sind.In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention, bearing areas are arranged on the longitudinal end of the basic shaft. For an axial and / or radial mounting of the base shaft in the electric motor, such bearing areas are required, via which the rotor is supported either directly or indirectly via, for example, a ball bearing. The bearing areas can form an integral part of the base shaft and in particular be designed in one piece with it. Alternatively, it is of course also conceivable that at least one of these bearing areas is formed by a bearing plug inserted into the basic shaft, which offers the great advantage of using a standardized basic shaft and freely designing the bearing areas by means of appropriately designed and individually selectable bearing plugs. Such a bearing plug can be fixed in the base shaft, for example, by means of an adhesive connection, a press connection, caulking, a soldered or welded connection or a thermal joint fit. This non-exhaustive list already gives an idea of the diverse possibilities for connecting the bearing plug to the base shaft.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist das Gewichtselement in der Ausnehmung verpresst, verstemmt, verschweißt, verlötet oder verklebt. Um eine verliersichere Anordnung des Gewichtselements in der Ausnehmung gewährleisten zu können, ist eine zuverlässige Fixierung desselben in der Ausnehmung erforderlich. Hierfür bieten sich insbesondere ein Verpressen oder ein Verstemmen an, da hier kein zusätzliches Material, wie beispielsweise ein Klebstoff, der wiederum zu einer Unwucht führen könnte und daher berücksichtigt werden muss, eingebracht wird. Sämtlichen Verbindungsmöglichkeiten des Gewichtselements in der Ausnehmung ist dabei jedoch gemein, dass diese eine zuverlässige, schnell auszuführende und kostengünstige Fixierung des Gewichtselements in der Ausnehmung ermöglichen.In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention, the weight element is pressed, caulked, welded, soldered or glued in the recess. In order to be able to ensure a captive arrangement of the weight element in the recess, a reliable fixation of the same in the recess is necessary. For this purpose, pressing or caulking are particularly suitable, since no additional material, such as an adhesive, for example, which could in turn lead to an imbalance and must therefore be taken into account, is introduced. However, all connection possibilities of the weight element in the recess have in common that they enable the weight element to be fixed reliably, quickly and inexpensively in the recess.

Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen Elektromotor mit einem in den vorherigen Absätzen beschriebenen Rotor auszustatten und dadurch einen Elektromotor herzustellen, der im Vergleich zu bisherigen, eine Wuchtscheibe aufweisenden Elektromotoren, kostengünstiger ist. Zudem muss auch kein separater Bauraum für die Wuchtscheibe mehr vorgesehen sein, wodurch eine kompaktere Bauweise erreicht werden kann.The present invention is further based on the general idea of equipping an electric motor with a rotor described in the previous paragraphs and thereby producing an electric motor which is more cost-effective compared to previous electric motors having a balancing disk. In addition, there is no longer any need to provide a separate installation space for the balancing disk, as a result of which a more compact design can be achieved.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.Further important features and advantages of the invention emerge from the subclaims, from the drawing and from the associated description of the figures based on the drawing.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.A preferred exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail in the following description, with the same reference symbols referring to the same or similar or functionally identical components.

Die einzige 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Rotor.The only 1 shows a sectional view through a rotor according to the invention.

Entsprechend der 1, weist ein erfindungsgemäßer Rotor 1 eines Elektromotors 2 eine Grundwelle 3 auf, an deren Außenmantelfläche 4 zumindest zwei Blechpakete 5 angeordnet sind. In zumindest einem dieser Blechpakete 5, gemäß der 1 in zwei Blechpaketen 5, ist zumindest eine Ausnehmung 6 vorgesehen, in welcher ein Gewichtselement 7 zum Ausgleich einer Unwucht anordenbar ist. Die Ausnehmung 6 kann ringförmig ausgebildet sein oder aber ringsegmentförmig. Durch derartige Ausnehmungen 6 bzw. entsprechend einzusetzende Gewichtselemente 7 ist es möglich, auf bislang erforderliche Wuchtscheiben zum Ausgleich einer Unwucht verzichten zu können, wodurch der erfindungsgemäße Rotor 1 insgesamt kostengünstiger herstellbar ist, da die Herstellung der separaten Wuchtscheibe sowie deren Montage an der Grundwelle 3 entfallen.According to the 1 , has a rotor according to the invention 1 an electric motor 2 a fundamental wave 3 on, on their outer circumferential surface 4th at least two sheet metal stacks 5 are arranged. In at least one of these sheet metal packages 5 , according to the 1 in two sheet metal packages 5 , is at least one recess 6th provided in which a weight element 7th can be arranged to compensate for an imbalance. The recess 6th can be designed in a ring shape or in the shape of a ring segment. Through such recesses 6th or weight elements to be used accordingly 7th it is possible to be able to dispense with the previously required balancing disks to compensate for an imbalance, whereby the rotor according to the invention 1 can be produced overall more cost-effectively, since the production of the separate balancing disk and its assembly on the base shaft 3 omitted.

Die Grundwelle 3 kann darüber hinaus als Hohlwelle ausgebildet sein, wodurch sich zudem Trägheitskräfte und ein Gewicht reduzieren lassen. Ebenfalls kann auch Material eingespart werden, wodurch eine Ressourcenschonung erreicht werden kann.The fundamental wave 3 can also be designed as a hollow shaft, which also allows inertial forces and weight to be reduced. Material can also be saved, which means that resource conservation can be achieved.

Betrachtet man die 1 weiter, so kann man erkennen, dass hier mehrere Blechpakete 5 in Axialrichtung benachbart zueinander angeordnet sind. Die zumindest eine Ausnehmung 6 ist in diesem Fall an einer freien Stirnseite eines Blechpaketes 5 angeordnet, wobei rein theoretisch auch denkbar ist, dass derartige Ausnehmungen 6 zwischen zwei benachbarten Blechpaketen 5 ausgebildet sind. Eine derartige Ausnehmung 6 kann beispielsweise als Bohrung oder als Fräsung ausgebildet sein und dadurch vergleichsweise einfach hergestellt werden.If you look at the 1 further, you can see that there are several sheet metal stacks here 5 are arranged adjacent to one another in the axial direction. The at least one recess 6th is in this case on a free face of a laminated core 5 arranged, it being purely theoretically also conceivable that such recesses 6th between two adjacent laminated cores 5 are trained. Such a recess 6th can be designed, for example, as a bore or as a milling and can thus be produced in a comparatively simple manner.

Längsendseitig der Grundwelle 3 können darüber hinaus Lagerbereiche 8 angeordnet sein, über welche der Rotor 1 in dem Elektromotor 2 gelagert wird. Die Lagerbereiche 8 können dabei als integraler Bestandteil der Grundwelle 3 ausgebildet sein oder - wie in der 1 gezeigt - durch in die Grundwelle 3 eingesteckte Lagerstopfen 9. Derartige Lagerstopfen 9 können beispielsweise über einen Presssitz, ein Verstemmen, ein Verkleben, ein Verlöten oder ein Verschweißen oder einen thermischen Schrumpfsitz mit der Grundwelle 3 verbunden werden.Longitudinal end of the fundamental wave 3 can also have storage areas 8th be arranged over which the rotor 1 in the electric motor 2 is stored. The storage areas 8th can thereby be an integral part of the fundamental wave 3 be trained or - as in the 1 shown - through into the fundamental wave 3 inserted bearing plugs 9 . Such bearing plugs 9 can for example be a press fit, caulking, gluing, soldering or welding or a thermal shrink fit with the base shaft 3 get connected.

Eine Fixierung des zumindest einen Gewichtselements 7 in einer zugehörigen Ausnehmung 6 kann beispielsweise ebenfalls mittels einem Verpressen, einem Verstemmen, einem Verlöten, einem Verschweißen oder einem Verkleben erfolgen. Besonders ein Verpressen des Gewichtselements 7 in der zugehörigen Ausnehmung 6 ermöglicht eine zuverlässige Fixierung, ohne dass das Gewicht eines Klebstoffes zusätzlich berücksichtigt werden müsste.A fixation of the at least one weight element 7th in an associated recess 6th can, for example, also take place by means of pressing, caulking, soldering, welding or gluing. Especially a pressing of the weight element 7th in the associated recess 6th enables reliable fixation without the weight of an adhesive having to be taken into account.

Mit dem erfindungsgemäßen Rotor 1 lässt sich dieser vergleichsweise einfach auswuchten, ohne dass hierfür eine separat herzustellende und zu montierende Wuchtscheibe erforderlich wäre. Die Gewichtselemente 7, welche generell Wuchtelemente darstellen, können dabei beispielsweise ringsegmentartig ausgebildet sein, so dass in diesem Fall die zugehörige Ausnehmung 6 am Blechpaket 5 ebenfalls eine ringsegmentartige Form aufweist. Rein theoretisch kann die Ausnehmung 6 selbstverständlich auch als Bohrung ausgebildet sein, wobei in diesem Fall das Gewichtselement 7 eine zylinderartige Gestalt besitzt.With the rotor according to the invention 1 this can be balanced comparatively easily without the need for a balancing disk that is to be manufactured and assembled separately. The weight elements 7th , which generally represent balancing elements, can for example be designed in the manner of a ring segment, so that in this case the associated recess 6th on the laminated core 5 also has a ring segment-like shape. In theory, the recess can 6th naturally also be designed as a bore, in which case the weight element 7th has a cylindrical shape.

Mittels des erfindungsgemäßen Rotors 1 lässt sich auch der erfindungsgemäße Elektromotor 2 kostengünstig und zugleich fertigungstechnisch einfach herstellen.By means of the rotor according to the invention 1 the electric motor according to the invention can also be used 2 Manufacture inexpensively and at the same time simple in terms of production technology.

Claims

Rotor (1) of an electric motor (2), characterized in that - the rotor (1) has a basic shaft (3), - that at least one laminated core (5) is arranged on an outer circumferential surface (4) of the basic shaft (3), - that in the at least one laminated core (5) a recess (6) is provided in which a weight element (7) is arranged to compensate for an imbalance.

Rotor after Claim 1 , characterized in that the basic shaft (3) is designed as a hollow shaft.

Rotor after Claim 2 , characterized in that at least two laminated cores (5) are arranged axially adjacent to one another.

Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one recess (6) is arranged on a free end face of a laminated core (5).

Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the recess (6) is designed as a bore.

Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the recess (6) is produced by deep drawing or stamping.

Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the recess (6) has a ring segment-like shape.

Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that bearing areas (8) are arranged on the longitudinal end of the base shaft (3).

Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that a bearing area (8) is formed by a bearing plug (9) inserted into the base shaft (3).

Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the weight element (7) is pressed, caulked, welded, soldered or glued in the recess (6).

Electric motor (2) with a rotor (1) according to one of the preceding claims.