DE102019202267A1

DE102019202267A1 - Rotor of an electrical machine, and also electrical machine having such a rotor

Info

Publication number: DE102019202267A1
Application number: DE102019202267.7A
Authority: DE
Inventors: Christian Solf; Michael Funk; Philipp Krueger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-02-20
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2020-08-20
Also published as: CN111600406B; CN111600406A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor (10) für eine elektrische Maschine (12), sowie eine elektrische Maschine (12), mit einem Grundkörper (20), der sich konzentrisch um eine axiale Rotorwelle (14) erstreckt, wobei der Grundkörper (20) aus einzelnen, axial gestapelten Blechlamellen (32) zusammensetzt ist, in deren radial äußeren Bereichen (23) Magnettaschen (18) ausgebildet sind, in die Dauermagnete (16) eingefügt sind, und radial außerhalb der Magnettaschen (16) Polkappen (40) mit einer Außenkontur (11) ausgeformt sind, wobei in den Polkappen (40) eine axiale Schweißung (55) ausgebildet ist, die mindestens die zwei obersten Blechlamellen (32) in Axialrichtung (8) stoffschlüssig miteinander verbindet.

The present invention relates to a rotor (10) for an electrical machine (12), as well as an electrical machine (12), with a base body (20) which extends concentrically around an axial rotor shaft (14), the base body (20) is composed of individual, axially stacked sheet metal lamellas (32), in the radially outer regions (23) of which magnetic pockets (18) are formed, into which permanent magnets (16) are inserted, and radially outside of the magnetic pockets (16) pole caps (40) with a Outer contour (11) are formed, an axial weld (55) being formed in the pole caps (40), which connects at least the two uppermost sheet metal lamellae (32) to one another in the axial direction (8).

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Maschine, sowie eine elektrische Maschine aufweisend einen solchen Rotor.The invention relates to a rotor of an electrical machine and to an electrical machine having such a rotor.

Stand der TechnikState of the art

Aus der DE 10 2007 005 032 A1 ist ein Elektromotor mit einem ein Lamellenpaket aufweisenden Rotor bekannt geworden, wobei Magnete in Aussparungen im Lamellenpaket angeordnet sind. Die Magnete sind in Umfangsrichtung länger ausgebildet als in Radialrichtung und werden mit federnden Laschen in der Aussparung gehalten. Radial außerhalb der Magnete sind die Rotorpole angeordnet, die axial aus einzelnen Blechlamellen geschichtet sind. Die Blechlamellen sind axial miteinander verbunden. Bei bestimmten Anwendungsfällen kommt es jedoch im radial äußeren Bereich zu einer unerwünschten axialen Bewegung der Blechlamellen gegeneinander, was mit einer störenden Geräuschentwicklung oder im Extremfall mit Ermüdung/Bruch der Polkappe verbunden ist. Dieser Nachteil soll durch die erfindungsgemäße Lösung behoben werden.From the DE 10 2007 005 032 A1 an electric motor with a rotor having a disk pack has become known, magnets being arranged in recesses in the disk pack. The magnets are made longer in the circumferential direction than in the radial direction and are held in the recess with resilient tabs. The rotor poles are arranged radially outside the magnets and are axially layered from individual sheet-metal lamellae. The sheet metal lamellas are axially connected to one another. In certain applications, however, there is an undesired axial movement of the sheet-metal lamellae in relation to one another in the radially outer area, which is associated with a disruptive development of noise or, in extreme cases, with fatigue / breakage of the pole cap. This disadvantage is to be eliminated by the solution according to the invention.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der erfindungsgemäße Rotor und die elektrische Maschine mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass durch das Verschweißen in Axialrichtung durch die Polkappen hindurch die Blechlamellen auch im radial äußeren Bereich zuverlässig miteinander verbunden sind. Dadurch wird verhindert, dass im Betrieb die Blechlamellen in Axialrichtung gegeneinander schwingen und dadurch Klick-Geräusche erzeugen. Entgegen der fachüblichen Meinung kann durch die axiale Schweißung radial innerhalb der Polkappen mit hohem magnetischen Fluss gleichzeitig das Rastmoment des Rotors reduziert werden. Dadurch eignet sich ein solcher Rotor auch für Anwendungen mit hohen Anforderungen an das Rastmoment, wie beispielsweise für eine Servolenkung. The rotor according to the invention and the electrical machine with the features of the independent claims have the advantage that, through the welding in the axial direction through the pole caps, the sheet-metal lamellae are also reliably connected to one another in the radially outer area. This prevents the sheet metal lamellas from vibrating against each other in the axial direction during operation and thus generating clicking noises. Contrary to common opinion, the axial welding radially inside the pole caps with high magnetic flux can simultaneously reduce the cogging torque of the rotor. As a result, such a rotor is also suitable for applications with high demands on the cogging torque, such as for power steering.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen vorgegebenen Ausführungen möglich. So ist es besonders vorteilhaft, wenn die axiale Schweißung im mittleren Bereich der Polkappen bezogen auf deren Umfangsrichtung ausgebildet wird. Durch die mittige Anordnung der axialen Schweißung werden die Polkappen in Axialrichtung optimal miteinander verbunden, um axiale Schwingungen der Blechlamellen zu unterbinden. Gleichzeitig ist der mittlere Umfangsbereich der Polkappen der Bereich mit maximaler magnetischer Flussdichte. Entgegen dem bisher üblichen Fachwissen hat sich gezeigt, dass durch die Materialveränderung durch das Schweißen in den Polkappen im Bereich des maximalen magnetischen Flusses das Rastmoment positiv beeinflusst werden kann. Durch die Anordnung der axialen Schweißung im Bereich des maximalen magnetischen Flusses wird dieser bezüglich der Umfangsrichtung des Rotors gleichmäßiger ausgebildet.The measures listed in the dependent claims enable advantageous developments and improvements of the embodiments given in the independent claims. It is particularly advantageous if the axial weld is formed in the central area of the pole caps in relation to their circumferential direction. Due to the central arrangement of the axial weld, the pole caps are optimally connected to one another in the axial direction in order to prevent axial vibrations of the sheet metal lamellas. At the same time, the middle circumferential area of the pole caps is the area with the maximum magnetic flux density. Contrary to the hitherto customary specialist knowledge, it has been shown that the cogging torque can be positively influenced by the material change due to the welding in the pole caps in the area of the maximum magnetic flux. By arranging the axial weld in the area of the maximum magnetic flux, this is made more uniform with respect to the circumferential direction of the rotor.

Besonders vorteilhaft ist dieser Effekt bei Magnettaschen, die über deren gesamten Umfang quer zur Rotorachse vollständig geschlossen ausgebildet sind. Die Polkappen liegen dabei radial außerhalb der Magnettasche und sind an ihren beiden tangentialen Seiten über radiale Haltestege an den radialen Innenbereich der Blechlamellen angebunden. Bei dieser Ausführung ist die Erstreckung der Polkappen in Umfangsrichtung wesentlich größer als deren Ausdehnung in Radialrichtung. Dies trifft auch für die Dauermagnete zu, die in den Magnettaschen eingepresst sind.This effect is particularly advantageous in the case of magnetic pockets which are designed to be completely closed over their entire circumference transversely to the rotor axis. The pole caps are located radially outside the magnetic pocket and are connected on their two tangential sides via radial retaining webs to the radial inner area of the sheet metal lamellas. In this embodiment, the extent of the pole caps in the circumferential direction is significantly greater than their extent in the radial direction. This also applies to the permanent magnets that are pressed into the magnet pockets.

Bei einer solchen Anordnung, bei der die näherungsweise quaderförmigen Dauermagnete in Tangentialrichtung eine größere Ausdehnung haben als in Radialrichtung, verlaufen die Magnetfeldlinien vom Dauermagneten radial durch die Polkappen bis zur Außenkontur des Rotors. Die Dauermagnete weisen dabei eine Magnetisierung in Radialrichtung auf, so dass sich in Umfangsrichtung Polkappen mit einem Nordpol mit Polkappen, die einen Südpol aufweisen, abwechseln.In such an arrangement, in which the approximately cuboid permanent magnets have a greater extent in the tangential direction than in the radial direction, the magnetic field lines from the permanent magnet run radially through the pole caps to the outer contour of the rotor. The permanent magnets are magnetized in the radial direction, so that in the circumferential direction pole caps with a north pole alternate with pole caps having a south pole.

Prinzipiell ist es auch denkbar bei einer Speichenanordnung der Dauermagnete die Polsegmente zwischen den tangential magnetisierten Dauermagneten im radial äußeren Bereich mittels solcher axialen Verschweißungen zu versehen, um die Blechlamellen im radial äußeren Bereich axial fest miteinander zu verbinden.In principle, it is also conceivable in a spoke arrangement of the permanent magnets to provide the pole segments between the tangentially magnetized permanent magnets in the radially outer area by means of such axial welds in order to axially firmly connect the sheet-metal lamellae in the radially outer area.

Besonders günstig ist es, wenn die einzelnen Blechlamellen jeweils eine isolierende Oberfläche aufweisen, die axial aneinander anliegen. Dadurch werden Wirbelströme innerhalb des Rotors zuverlässig unterbunden. Eine solche isolierende Beschichtung kann beispielsweise über eine Wärmebehandlung der einzelnen Blechlamellen erzielt werden, oder mittels einer kohlenstoffhaltigen Beschichtung, wie beispielsweise C₃- oder C₅-Beschichtung. Im Bereich der axialen Schweißung sind die Polkappen in Axialrichtung stoffschlüssig miteinander verbunden, so dass in diesem Bereich auch die Isolierung zerstört wird, und die Blechlamellen in Axialrichtung entlang des Schweiß-Doms daher elektrisch miteinander kontaktiert sind.It is particularly favorable if the individual sheet-metal lamellas each have an insulating surface which axially rest against one another. This reliably prevents eddy currents within the rotor. Such an insulating coating can be achieved, for example, by means of a heat treatment of the individual sheet metal lamellas, or by means of a carbon-containing coating, such as, for example, C ₃ or C ₅ coating. In the area of the axial weld, the pole caps are materially connected to one another in the axial direction, so that the insulation is also destroyed in this area, and the sheet-metal lamellae are therefore electrically contacted with one another in the axial direction along the welding dome.

Die axiale Schweißung ist besonders günstig mittels Laserschweißen ausgeführt, wobei der Laserstrahl von der axialen Stirnfläche der Rotorkappe in Axialrichtung die erste Blechlamelle vollständig durchdringt und axial bis zur zweiten, oder dritten, oder vierten, oder bis zur fünften Blechlamelle eindringt. Dadurch entsteht ein Schweißpunkt, der in Axialrichtung als axialer Schweiß-Dom ausgebildet ist, der bevorzugt radial innerhalb der Außenkontur des Rotors angeordnet ist.The axial welding is carried out particularly favorably by means of laser welding, the laser beam completely penetrating the first sheet metal lamella in the axial direction from the axial end face of the rotor cap and axially up to the second, or third, or fourth, or up to the fifth sheet metal lamella penetrates. This creates a weld point which is designed as an axial weld dome in the axial direction, which is preferably arranged radially within the outer contour of the rotor.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die axiale Schweißung innerhalb der Polkappe in der Nähe zum Dauermagneten hin angeordnet ist. Das Rastmoment wird besonders günstig beeinflusst, wenn der Mittelpunkt der axialen Schweißung zwischen 20% und 45% bezüglich der radialen Höhe der Polkappe im radial inneren Bereich dieser radialen Höhe angeordnet ist. Es wurde überraschend festgestellt, dass durch die Anordnung des Mittelpunkts der axialen Schweißung näher zum Dauermagneten hin das Rastmoment deutlich reduziert werden kann. Jedoch kann der Mittelpunkt der axialen Schweißung nicht beliebig nah am Dauermagneten angeordnet werden, um diesen bei dem Schweißvorgang nicht so stark zu beeinträchtigen.It is particularly advantageous if the axial weld is arranged within the pole cap in the vicinity of the permanent magnet. The detent torque is influenced particularly favorably if the center point of the axial weld is arranged between 20% and 45% with respect to the radial height of the pole cap in the radially inner region of this radial height. It was surprisingly found that by arranging the center point of the axial weld closer to the permanent magnet, the cogging torque can be significantly reduced. However, the center point of the axial weld cannot be arranged as close as desired to the permanent magnet in order not to impair it so severely during the welding process.

Die Laserschweißung weist beispielsweise an der axialen Stirnfläche der Polkappe einen runden Querschnitt auf, der größer ist als der Querschnitt in den darunterliegenden Blechlamellen. Damit weist die axiale Schweißung in Axialrichtung einen sich verjüngenden Konus auf, der bevorzugt einen runden Querschnitt hat.The laser welding has a round cross-section on the axial end face of the pole cap, for example, which is larger than the cross-section in the sheet metal lamellae below. The axial weld thus has a tapering cone in the axial direction, which preferably has a round cross section.

Je nach Abmessung des Rotors beträgt der Durchmesser der axialen Schweißung an der axialen Stirnseite der Polkappe beispielsweise 0,8 mm bis 1,8 mm. Dieser Durchmesser der axialen Schweißung verringert sich mit deren axialen Tiefe, so dass beispielsweise deren Durchmesser in der zweiten oder dritten Blechlamelle nur noch 0,1 bis 0,5 mm beträgt.Depending on the dimensions of the rotor, the diameter of the axial weld on the axial end face of the pole cap is, for example, 0.8 mm to 1.8 mm. This diameter of the axial weld decreases with its axial depth, so that, for example, its diameter in the second or third sheet metal lamella is only 0.1 to 0.5 mm.

Um das Rastmoment des Rotors gezielt zu beeinflussen, weist die Außenkontur der einzelnen Polkappen näherungsweise eine Sinusform oder eine sogenannte Richter-Kontur auf. Dadurch weicht der Umfang des Rotors von einem exakten Kreis ab, so dass der Radius des Rotors an den umfänglichen Randbereichen des Dauermagneten geringer ist, als in den mittleren Umfangsbereichen der Dauermagnete.In order to specifically influence the cogging torque of the rotor, the outer contour of the individual pole caps has an approximately sinusoidal shape or a so-called Richter contour. As a result, the circumference of the rotor deviates from an exact circle, so that the radius of the rotor is smaller at the circumferential edge areas of the permanent magnet than in the central circumferential areas of the permanent magnets.

Für eine mechanisch stabile Ausführung des Rotors ist an jeder Polkappe genau eine axiale Schweißung ausgebildet, wobei diese bevorzugt an den beiden gegenüberliegenden axialen Stirnflächen der Polkappen ausgebildet sind. Dadurch wird bei jeder einzelnen Polkappe verhindert, dass die Blechlamellen axial gegeneinander schlagen. Dabei erstrecken sich die axialen Schweißungen axial durch mehrere Blechlamellen hindurch.For a mechanically stable design of the rotor, exactly one axial weld is formed on each pole cap, these being preferably formed on the two opposite axial end faces of the pole caps. This prevents the sheet-metal lamellae from hitting each other axially for each individual pole cap. The axial welds extend axially through several sheet metal lamellas.

Die Erstreckung der Dauermagnete ist in Axialrichtung bevorzugt größer als in Tangentialrichtung und in Radialrichtung. Zur Montage der Dauermagneten werden diese einfach axial in die Magnettaschen eingepresst, wobei die Dauermagnete durch an den Blechlamellen ausgebildeten Federlaschen radial nach außen gegen die Polkappen gepresst werden. Als Dauermagnete werden bevorzugt Seltene-Erden-Magnete verwendet, die insbesondere NdFeB aufweisen.The extension of the permanent magnets is preferably greater in the axial direction than in the tangential direction and in the radial direction. To assemble the permanent magnets, they are simply pressed axially into the magnet pockets, the permanent magnets being pressed radially outward against the pole caps by spring tabs formed on the sheet metal lamellae. Rare earth magnets, which in particular contain NdFeB, are preferably used as permanent magnets.

Ein solcher erfindungsgemäßer Rotor ist bevorzugt innerhalb eines Stators angeordnet, der Teil einer elektrischen Maschine ist. Die elektrische Maschine ist bevorzugt als elektrisch kommutierter Elektromotor ausgebildet, bei dem der Stator elektronisch kommutierte Wicklungen aufweist, die den Rotor mit den Dauermagneten in Bewegung versetzen. Ein solcher EC-Motor wird bevorzugt als Lenkhilfeantrieb im Kraftfahrzeug verwendet, kann jedoch auch für andere Verstellantriebe für Komponenten im Kraftfahrzeug oder für rotatorische Drehantriebe verwendet werden. Eine solch elektrische Maschine mit geringem Rastmoment kann natürlich auch für Anwendungen außerhalb des Kraftfahrzeugs benutzt werden.Such a rotor according to the invention is preferably arranged within a stator which is part of an electrical machine. The electrical machine is preferably designed as an electrically commutated electric motor, in which the stator has electronically commutated windings which set the rotor with the permanent magnets in motion. Such an EC motor is preferably used as a power steering drive in the motor vehicle, but can also be used for other adjustment drives for components in the motor vehicle or for rotary rotary drives. Such an electrical machine with a low cogging torque can of course also be used for applications outside the motor vehicle.

FigurenlisteFigure list

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:

1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Rotors einer elektrischen Maschine,
2 eine Detaildarstellung einer axialen Draufsicht eines Rotors, und
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Rotors in der Seitenansicht.

Preferred embodiments of the invention are explained in more detail in the following description with reference to the accompanying drawings, in which corresponding elements are provided with matching reference symbols. It shows:

1 a view of an inventive rotor of an electrical machine,
2 a detailed representation of an axial plan view of a rotor, and
3 another embodiment of a rotor in side view.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In 1 ist ein Rotor 10 dargestellt, wie er beispielsweise in einer elektrischen Maschine 12 Verwendung findet. Der Rotor 10 weist eine Rotorwelle 14 auf, auf der konzentrisch zu dieser ein Grundkörper 20 angeordnet ist. Der Grundkörper 20 wird beispielsweise auf die Rotorwelle 14 aufgepresst. Der Grundkörper 20 ist aus einzelnen Blechlamellen 32 zusammengesetzt, die in Axialrichtung 8 axial aufeinandergestapelt sind. Die einzelnen Blechlamellen 32 werden beispielsweise aus einem Elektroblech ausgestanzt und sind bezüglich der Axialrichtung 8 bevorzugt mittels Stanzpaketieren miteinander verprägt. Hierzu sind bevorzugt radial innerhalb der Dauermagnete 16 Verstemmpunkte 80 ausgebildet, die alle Blechlamellen 32 miteinander verbinden. Im radial inneren Bereich 22 weist der Grundkörper 20 relativ große Aussparungen 24 auf, so dass der radial äußere Bereich 23 lediglich über relativ dünne radiale Stege 26 mit einer Nabe 28 des Grundkörpers 20 verbunden ist. Dadurch werden hauptsächlich die Rotormaße und das Trägheitsmoments des Rotors reduziert. Im radial äußeren Bereich 23 sind im Grundkörper 20 Magnettaschen 18 ausgespart, in die Dauermagnete 16 axial eingefügt sind. Die Dauermagnete 16 weisen im Ausführungsbeispiel näherungsweise einen rechteckigen Querschnitt auf, dessen Ausdehnung 34 in Umfangsrichtung 9 größer ist als die Ausdehnung 35 der Dauermagnete 16 in Radialrichtung 7. Die Magnettaschen 18 weisen einen geschlossenen Umfang auf, so dass die Dauermagnete 16 vollständig innerhalb der Umfangsfläche des Rotors 10 angeordnet sind. Radial außerhalb der Magnettaschen 18 sind Polkappen 40 ausgebildet, durch die der magnetische Fluss von den Dauermagneten 16 an eine Außenkontur 11 des Polkappen 40 weitergeleitet werden. Die Polkappen 40 wirken beispielsweise mit einem Stator 42 zusammen, der radial außerhalb der Rotors 10 angeordnet ist. Der Stator 42 weist dabei beispielsweise elektronisch kommutierte Statorspulen 43 auf, die magnetisch mit den Polkappen 40 wechselwirken. In Umfangsrichtung 9 sind zwischen den Magnettaschen 18 Haltestege 19 ausgebildet, die Teil des Umfangs der Magnettaschen 18 sind. Die Dauermagnete 16 liegen bevorzugt in Umfangsrichtung 9 an den Haltestegen 19 an. Die Haltestege 19 gehen in Umfangsrichtung 9 in die Polkappen 40 über, so dass die Dauermagnete 16 zur Rotorwelle 14 hin in den vollständig geschlossenen Magnettaschen 18 gehalten werden. An den Polkappen 40 sind axiale Schweißverbindungen 55 ausgebildet, die sich durch mindestens zwei Blechlamellen 32 axial hindurch erstrecken, um diese stoffschlüssig miteinander zu verbinden. Die axiale Schweißverbindung 55 erstreckt sich bevorzugt nicht über die gesamte axiale Länge des Rotors 10, sondern lediglich über die ersten zwei bis fünf Blechlamellen 32, ausgehend von einer Stirnseite 56, 57 des Rotors 10. Die axiale Schweißverbindung 55 ist erfindungsgemäß mittels Laserschweißen ausgebildet, wobei der Laserstrahl axial an der Stirnseite 56 des Rotors 10 eindringt und eine oder mehrere Blechlamellen 32 vollständig axial miteinander verschweißt. Dabei wird als Schweißnaht ein Schweiß-Dom 58 ausgebildet, der sich axial durch die Blechlamellen 32 erstreckt. In 1 ist nur eine Stirnseite 56 des Rotors 10 mit den axialen Schweißverbindungen 55 sichtbar. Bevorzugt sind jedoch auch an der gegenüberliegenden Stirnseite 57 jeweils axiale Schweißverbindungen 55 an den Polkappen 40 ausgebildet. In 1 ist an jeder Polkappe 40 über den gesamten Umfang jeweils genau eine axiale Schweißverbindung 55 an einer Stirnseite 56, 57 ausgebildet. Dadurch wird verhindert, dass im Betrieb der elektrischen Maschine 12 sich die Blechlamellen 32 an der Außenkontur 11 axial gegeneinander bewegen können.In 1 is a rotor 10 shown, for example, in an electrical machine 12 Is used. The rotor 10 has a rotor shaft 14th on, on the concentric to this a base body 20th is arranged. The basic body 20th is for example on the rotor shaft 14th pressed on. The basic body 20th is made of individual sheet metal lamellas 32 composed in the axial direction 8th are stacked axially on top of one another. The individual sheet metal lamellas 32 are for example punched out of an electrical sheet and are with respect to the axial direction 8th preferably embossed with one another by means of die-stacking. For this purpose, the permanent magnets are preferably located radially inside 16 Caulking points 80 formed all of the sheet metal lamellas 32 connect with each other. In the radially inner area 22nd has the basic body 20th relatively large recesses 24 on so that the radially outer area 23 only over relatively thin radial Bridges 26th with a hub 28 of the main body 20th connected is. This mainly reduces the rotor dimensions and the rotor's moment of inertia. In the radially outer area 23 are in the basic body 20th Magnetic pockets 18th recessed, in the permanent magnets 16 are inserted axially. The permanent magnets 16 have approximately a rectangular cross-section in the exemplary embodiment, the extent of which 34 in the circumferential direction 9 is greater than the extent 35 the permanent magnets 16 in radial direction 7th . The magnetic pockets 18th have a closed perimeter, so that the permanent magnets 16 completely within the circumferential surface of the rotor 10 are arranged. Radially outside the magnetic pockets 18th are polar caps 40 formed through which the magnetic flux from the permanent magnets 16 to an outer contour 11 of the polar ice caps 40 to get redirected. The polar caps 40 act for example with a stator 42 together, the radially outside of the rotor 10 is arranged. The stator 42 has, for example, electronically commutated stator coils 43 on that magnetically with the pole caps 40 interact. In the circumferential direction 9 are between the magnetic pockets 18th Holding bars 19th formed, the part of the circumference of the magnetic pockets 18th are. The permanent magnets 16 are preferably in the circumferential direction 9 at the holding bars 19th on. The holding bars 19th go in the circumferential direction 9 in the polar caps 40 over so the permanent magnets 16 to the rotor shaft 14th in the completely closed magnetic pockets 18th being held. On the polar caps 40 are axial welded joints 55 formed by at least two sheet metal lamellas 32 extend axially therethrough in order to materially connect them to one another. The axial welded joint 55 preferably does not extend over the entire axial length of the rotor 10 , but only over the first two to five sheet metal lamellas 32 , starting from one end face 56 , 57 of the rotor 10 . The axial welded joint 55 is formed according to the invention by means of laser welding, the laser beam axially on the end face 56 of the rotor 10 penetrates and one or more sheet metal lamellas 32 completely axially welded together. A welding dome is used as the weld seam 58 formed axially through the sheet metal lamellas 32 extends. In 1 is only one end face 56 of the rotor 10 with the axial welded joints 55 visible. However, preference is also given to the opposite end face 57 each axial welded joint 55 on the polar caps 40 educated. In 1 is on every polar cap 40 Exactly one axial welded joint over the entire circumference 55 on one face 56 , 57 educated. This prevents the electrical machine from operating 12 the sheet metal lamellas 32 on the outer contour 11 can move axially against each other.

In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors 10 als Detailausschnitt dargestellt. Der Dauermagnet 16 ist in die Magnettasche 18 eingefügt und wird hier mittels Klemmnäschen 38 radial in der Magnettasche 18 verspannt. Beispielsweise sind hier am Umfang der Magnettasche 18 Klemmnäschen 38 ausgebildet, die den Dauermagneten 16 in der jeweiligen Magnettasche 18 verklemmen. Damit die Klemmnäschen 38 federnd ausgebildet sind, sind diese beispielsweise nur in jeder zweiten oder n-ten Lamelle ausgestanzt, so dass in Axialrichtung 8 zwischen den Klemmnäschen 38 ein Freiraum entsteht. Der Dauermagnet 16 liegt an beiden Seiten in Umfangrichtung 9 an den Haltestegen 19 an. An den Magnettaschen 18 sind in Umfangsrichtung 9 jeweils Ausformungen 60 ausgespart, um magnetische Streuverluste zu reduzieren. In 2 ist ersichtlich, dass die Außenkontur 11 der Polkappe 40 von einer Kreisform 62 abweicht. Beispielsweise weist die Polkappe 40 eine sinusförmige Kontur 64 oder eine sogenannte Richterkontur auf, durch die das Rastmoment des Rotors 10 entsprechend beeinflusst werden kann. Die axiale Schweißverbindung 55 ist an axialen Seitenfläche 66 der Polkappen 40 näherungsweise mittig bezüglich der Erstreckung der Polkappen 40 in Umfangrichtung 9 angeordnet. Die Polkappe 40 weist eine radiale Höhe H auf, die sich von der Magnettasche 18 radial bis zur Außenkontor 11 der Polkappe 40 erstreckt. Diese radiale Höhe H ist im mittleren Bereich bezüglich der Umfangsrichtung 9 am größten ausgebildet. Die axiale Schweißverbindung weist einen Mittelpunkt 54 auf, der ausgehend von der Magnettasche 18 im Bereich zwischen 20% und 50% der radialen Höhe H angeordnet ist. Um das Rastmoment positiv zu beeinflussen liegt der Mittelpunkt 54 der axialen Schweißung 55 im Bereich zwischen 25% und 40% der radialen Höhe H, ausgehend von der Magnettasche 18. Der Querschnitt 53 der Laserschweißung 55 ist bevorzugt kreisrund ausgebildet, kann jedoch auch eine davon abweichende Form aufweisen. Dadurch, dass der Mittelpunkt 54 der axialen Schweißverbindung 55 radial innerhalb der radialen Höhe H der Polkappe 40 angeordnet ist, weist die Außenkontur 11 der Polkappe 40 keine Verschweißung in diesem Bereich auf.In 2 is another embodiment of a rotor according to the invention 10 shown as a detail. The permanent magnet 16 is in the magnetic pocket 18th inserted and is here by means of clamping noses 38 radial in the magnetic pocket 18th tense. For example, here are on the circumference of the magnetic pocket 18th Pinch noses 38 formed the permanent magnet 16 in the respective magnetic pocket 18th jam. So that the clamping noses 38 are designed to be resilient, they are punched out, for example, only in every second or nth lamella, so that in the axial direction 8th between the clamping noses 38 a free space is created. The permanent magnet 16 lies on both sides in the circumferential direction 9 at the holding bars 19th on. On the magnetic pockets 18th are in the circumferential direction 9 each formations 60 cut out to reduce magnetic leakage. In 2 it can be seen that the outer contour 11 the polar cap 40 of a circular shape 62 deviates. For example, the polar cap 40 a sinusoidal contour 64 or a so-called Richterkontur, through which the cogging torque of the rotor 10 can be influenced accordingly. The axial welded joint 55 is on axial side surface 66 the polar ice caps 40 approximately in the middle with respect to the extent of the polar caps 40 in the circumferential direction 9 arranged. The polar cap 40 has a radial height H that extends from the magnetic pocket 18th radial to the outer contour 11 the polar cap 40 extends. This radial height H is in the central area with respect to the circumferential direction 9 most educated. The axial weld joint has a center point 54 starting from the magnetic pocket 18th is arranged in the range between 20% and 50% of the radial height H. In order to positively influence the detent torque, the center is located 54 the axial weld 55 in the range between 25% and 40% of the radial height H, starting from the magnetic pocket 18th . The cross section 53 the laser welding 55 is preferably circular, but can also have a different shape. By being the center point 54 the axial weld joint 55 radially inside the radial height H of the pole cap 40 is arranged, has the outer contour 11 the polar cap 40 no welding in this area.

In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführung, kann auch mehr als eine axiale Verschweißung 55 innerhalb einer Polkappe 40 angeordnet sein, und/oder der Mittelpunkt 54 der Schweißverbindung 55 kann bezüglich der Umfangsrichtung 9 auch außermittig angeordnet sein.In an alternative, not shown embodiment, more than one axial weld can also be used 55 inside a polar cap 40 be arranged, and / or the center point 54 the welded joint 55 can with respect to the circumferential direction 9 also be arranged eccentrically.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausführung eines Rotors 10 ist in 3 als Seitenansicht dargestellt. An der Außenkontur 11 der Polkappe 40 ist keine Verschweißung 55 sichtbar. Die axiale Schweißung 55 ist hingegen radial innerhalb der Polkappe 40 angeordnet, so dass der Querschnitt 55 der axialen Schweißung 55 die Außenkontur 11 nicht schneidet. Die axiale Schweißung 55 ist hier gestrichelt als eine Art Schweiß-Dom 58 dargestellt, dessen Querschnitt 53 ausgehend von der axialen Stirnseite 56 des Rotors 10 in Axialrichtung 8 von Blechlamelle 32 zu Blechlamelle 32 abnimmt. Beispielsweise beträgt der Durchmesser 52 des näherungsweisen runden Querschnitts 53 der Laserschweißung 55 an der axialen Stirnseite 66 der Polkappe 40 der ersten Blechlamelle 31 zwischen 0,7 und 2,0 mm. In der zweiten Blechlamelle 33 ist der Durchmesser schon geringer, und in der dritten Blechlamelle 36 beträgt der Durchmesser 51 beispielsweise nur noch zwischen 0,1 und 0,5 mm. Der Schweiß-Dom 58 endet in 3 in der dritten Blechlamelle 36. Alternativ kann sich jedoch auch der Schweiß-Dom 58 bis zur vierten oder fünften Blechlamelle 32 erstrecken. Der Schweiß-Dom 58 ist in der dargestellten Seitenansicht konusförmig, wobei an der Stirnseite 66 der Polkappe 40 ein gewölbter Schweißpunkt 70 ausgebildet sein kann. Die einzelnen Blechlamellen 32 weisen im Ausführungsbeispiel eine isolierende Beschichtung 72 auf, so dass Wirbelströme in Axialrichtung 8 unterbunden werden. Die Beschichtung 72 kann beispielsweise als kohlenstoffhaltiges Coting ausgebildet sein, dass beispielsweise C₃ oder C₅ enthält. Im Bereich des axialen Schweiß-Doms 58 wird die isolierende Beschichtung 72 aufgeschmolzen, so dass im Bereich der axialen Schweißung 55 die einzelnen Blechlamellen 32 elektrisch leitend miteinander in Axialrichtung 8 verbunden sind. Eine typische Dicke 74 der Blechlamellen 32 in Axialrichtung 8 beträgt beispielsweise etwa 0,5 mm.Another embodiment of a rotor according to the invention 10 is in 3 shown as a side view. On the outer contour 11 the polar cap 40 is not a weld 55 visible. The axial weld 55 is, however, radially inside the pole cap 40 arranged so that the cross section 55 the axial weld 55 the outer contour 11 does not cut. The axial weld 55 is dashed here as a kind of sweat dome 58 shown whose cross-section 53 starting from the axial face 56 of the rotor 10 in the axial direction 8th of sheet metal lamella 32 to sheet metal lamella 32 decreases. For example, the diameter is 52 of the approximately round cross-section 53 the laser welding 55 on the axial face 66 the polar cap 40 the first sheet metal lamella 31 between 0.7 and 2.0 mm. In the second sheet metal 33 the diameter is already smaller, and in the third sheet metal lamella 36 is the diameter 51 for example only between 0.1 and 0.5 mm. The sweat dome 58 ends in 3 in the third sheet metal lamella 36 . Alternatively, however, the welding dome can also be used 58 up to the fourth or fifth sheet metal lamella 32 extend. The sweat dome 58 is conical in the illustrated side view, with on the front side 66 the polar cap 40 a curved spot weld 70 can be formed. The individual sheet metal lamellas 32 have an insulating coating in the exemplary embodiment 72 on, so that eddy currents in the axial direction 8th be prevented. The coating 72 can for example be designed as a carbon-containing coting that contains, for example, C ₃ or C ₅ . In the area of the axial welding dome 58 becomes the insulating coating 72 melted so that in the area of the axial weld 55 the individual sheet metal lamellas 32 electrically conductive with each other in the axial direction 8th are connected. A typical thickness 74 the sheet metal lamellas 32 in the axial direction 8th is for example about 0.5 mm.

Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und in der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann beispielsweise die konkrete Ausbildung, die Anordnung und Anzahl der Dauermagnete 16 mit den korrespondierenden Polkappen 40 variiert werden. Ebenso kann die konkrete Lage und die Ausbildung der axialen Verschweißung 55 innerhalb der Polkappen 40 den Anforderungen der elektrischen Maschine 12 und den Fertigungsmöglichkeiten angepasst werden. Mittels der konkreten Ausgestaltung der Außenkontur 11 der Polkappen 40 kann in Zusammenhang mit der Anordnung der axialen Schweiß-Dome 58 das gewünschte Rastmoment der elektrischen Maschine 12 gestaltet werden. Die Erfindung eignet sich in besonderer Weise für den Drehantrieb von Komponenten oder die Verstellung von Teilen im Kraftfahrzeug, kann jedoch auch für andere Anwendungen, wie den Antrieb von Fahrrädern oder Motorrollern verwendet werden. Die elektrische Maschine 12 ist bevorzugt als Synchronmotor ausgebildet, der als Antrieb für unterschiedliche Anwendungen, insbesondere als Lenkhilfemotor einer Servolenkung, genutzt werden kann.It should be noted that with regard to the exemplary embodiments shown in the figures and in the description, a wide variety of possible combinations of the individual features with one another are possible. For example, the specific training, the arrangement and number of permanent magnets 16 with the corresponding polar caps 40 can be varied. The specific position and the design of the axial weld can also be used 55 inside the polar caps 40 the requirements of the electrical machine 12 and adapted to the manufacturing capabilities. By means of the specific design of the outer contour 11 the polar ice caps 40 can be related to the arrangement of the axial welding domes 58 the desired cogging torque of the electrical machine 12 be designed. The invention is particularly suitable for the rotary drive of components or the adjustment of parts in motor vehicles, but can also be used for other applications, such as driving bicycles or motor scooters. The electric machine 12 is preferably designed as a synchronous motor, which can be used as a drive for different applications, in particular as a power steering motor for power steering.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102007005032 A1 [0002]

Claims

Rotor (10) for an electrical machine (12), with a base body (20) which extends concentrically around an axial rotor shaft (14), the base body (20) being composed of individual, axially stacked sheet-metal plates (32), in the radially outer regions (23) of which are magnet pockets (18) into which permanent magnets (16) are inserted, and pole caps (40) are formed radially outside the magnet pockets (16) with an outer contour (11), characterized in that in the Pole caps (40) an axial weld (55) is formed, which connects at least the two uppermost sheet metal plates (32) in the axial direction (8) with one another in a materially bonded manner.

Rotor (10) Claim 1 , characterized in that the axial weld (55) with respect to the circumferential direction (9) of the rotor (10) is arranged approximately centrally in the pole caps (40) - and in particular radially within the outer contour (11).

Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the magnet pockets (18) are completely closed and the pole caps (40) are larger in the circumferential direction (9) than in the radial direction (7).

Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnets (16) are magnetized in the radial direction (7) so that their magnetic field lines (50) extend radially outward through the pole cap (40) to the outer contour (11) .

Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the dimensions of the permanent magnets (16) in the circumferential direction (9) are larger than in the radial direction (7).

Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the sheet-metal lamellae (32) have insulation layers (72) which electrically isolate the sheet-metal lamellae (32) from one another in the axial direction (8) - in particular made of carbon C ₃ or C ₅ - and two axially adjacent sheet-metal lamellae (32) are connected to one another in an electrically conductive manner locally at the axial weld (55).

Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the axial weld (55) is designed as a laser welding dome (58) which, starting from the axial end face (56) of the uppermost sheet metal lamella (32), axially at least up to penetrates to the second or third sheet metal lamella (32).

Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the pole cap (40) has a radial height (H) from the magnetic pocket (18) to its outer contour (11), and the center point (54) of the axial weld ( 55) is arranged within the inner half (H / 2) - in particular within the inner third - of the radial height (H).

Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the cross section (53) of the axial weld (55) is approximately round, and the diameter (52) of the cross section (53) starting from the outer axial end face (56) of the top sheet metal lamella (32) decreases with the axial depth (59) of the axial weld (55).

Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the diameter (52) of the cross section (53) of the axial weld (55) on the outer axial end face (56) of the uppermost sheet metal lamella (32) is approximately 1.0 to 2 , 0 mm and within the third sheet metal lamella (32) is about 0.1 to 0.4 mm.

Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the peripheral contour of the rotor (10) deviates from an exact circular shape (13) - and in particular the individual pole caps (40) have a sine or Richter contour (64) or a have any other spline contour.

Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that with respect to the circumferential direction (9) exactly one axial weld (55) is arranged in each pole cap (40) - in particular on both axial end faces (56, 57) of the rotor ( 10).

Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnets (16) inside the magnet pockets (18) are pressed radially outward against the pole caps (40) by means of clamping tabs (38) formed on the sheet metal lamellas (32) .

Electric machine (12), in particular electric motor, the rotor (10) according to one of the preceding claims being arranged radially within a stator (42) which has an electronically commutated electric winding (43).