用于电机的转子和用于制造转子的方法与流程

1.本发明涉及根据独立权利要求的种类的一种用于电机的转子以及一种用于制造转子的方法。此外，本发明涉及具有根据本发明的转子或具有按照根据本发明的方法制造的转子的电机以及具有相应电机的电加工设备。


背景技术：

2.无刷直流电机——以下也简称为bldc(英：brushless direct current，无刷直流)或ec(英：electronically commutated，电子换向)电机——尤其应理解为在定子侧具有交流绕组的电机，其可以以这样的方式进行控制或调节，使得产生旋转磁场，该旋转磁场带动永久励磁的转子。替代地，也可以想到，将根据本发明的转子与发电机结合使用。
3.用于无刷直流电机的、带有永久励磁磁体的转子通常以两种不同的实施方案制造。一方面可以将不同极性的永磁体埋在空心圆柱形的基体的所谓“凹部(taschen)”中，另一方面可以将磁体或相应地交替地极化的磁环作为表面磁体从外部施加到基体上。
4.基体大多由大量的、堆叠成转子叠片组(roroeblechpaket)的转子层压件(rotorlaminationen)构成，所述转子层压件分别由软磁叠片冲压而成。然而，也可以想到用于电机、尤其是用于ec电机的转子的其他构型。如此，例如，转子的空心圆柱形的基体可以由复合材料(英：soft magnetic composites，smc，软磁复合材料)构建。smc材料由高纯度铁粉构成，其在每个单个的颗粒上具有特殊的表面涂覆层。即使在压制和热处理之后，这种电绝缘表面也确保高电阻，这又引出对涡流损失的最小化或避免。smc材料是本领域技术人员已知的，从而这里将不再进一步讨论其组成。
5.磁环的永磁体或表面磁体尤其由硬磁材料构成，例如铁、钴或镍合金。也可以想到塑料接合(kunststoffgebundene)的永磁体，其磁粉嵌入在由塑料接合剂(kunststoffbinder)构成的基质中。磁粉可以由例如硬铁氧体、smco和/或ndfeb构成，或者构造为alnico合金。优选地，塑料接合剂构造为热塑性接合剂，例如由聚酰胺或聚苯硫醚构成。替代地，也可以想到，塑料接合剂构造为硬质塑料接合剂，例如构造为环氧树脂。
6.除了相比于埋入式磁体的众多优点之外，表面磁体还具有对离心力的较低机械强度的缺点，该离心力在电机的运行中对表面磁体起作用。因此，为了避免缺陷和故障，除了改善表面磁铁本身的机械强度之外，其在基体上的附着也起着重要作用。
7.从us 2010/0045132 a1中已知一种用于电机的转子，其中，该转子构造为由多个转子层压件构成的转子叠片组。每个转子层压件由叠片冲压而成，并且在其外周上具有三个径向的凸出部和三个径向凹入部(einschnitte)，其中，所述凸出部和所述凹入部分别在60
°
的角度范围上延伸。相邻的转子层压件以60
°
的偏移角相互堆叠，以便在与构造为磁环的空心圆柱体的接合过程期间粘合剂可以分布在凸出部和凹入部上。为了在转子叠片组和空心圆柱体的凸出部之间实现限定的间距，将特殊成形的间隔体引入到粘合剂中，从而尤其是在电机的重负荷情况下转子叠片组的与温度相关的延展不会导致磁环的损坏、尤其是爆裂。
8.对于在基体与包围该基体的空心圆柱体之间的粘合连接的机械性能，必须注意各种边界条件，例如保持限定的粘合缝隙，以便确保粘合剂的硬化。然而，通过这种粘合缝隙，尽管混合了相应的间隔体，但是会导致转子在磁体表面处的同心度误差(rundlauffehlern)。为了仍然能够遵守可能发生的同心度公差，复杂的质量控制(例如实际同心度的100％测量)是必要的。测量以及所产生的废品(ausschuss)在此直接对电机的制造成本产生影响。


技术实现要素：

9.本发明的任务是提供一种用于电机、尤其是用于无刷直流电机的转子，该转子在转子的基体与包围所述基体的空心圆柱体之间具有最小间隙的情况下一方面具有最佳的同心度特性并且另一方面保持所限定的粘合缝隙，所述粘合缝隙保证了粘合剂的最佳分布和硬化，而无需混合保持间距的附加颗粒。
10.本发明的优点
11.本发明涉及一种用于电机、尤其是用于无刷直流电机的转子，所述转子具有抗扭转地(drehfest)与机轴连接的空心圆柱形的基体。为了解决所提出的任务设置如下：所述基体具有多个径向突起部(ausbuchtung)，所述径向突起部在所述基体的包覆面上在外周方向上和在轴向方向上相对彼此地偏移限定的偏移角，其中，每个径向突起部限制在小于所述偏移角的角度范围上，其中，所述空心圆柱形的基体借助接合工艺与在外周方向上包围所述空心圆柱形的基体的空心圆柱体持久地连接、尤其是粘接。
12.特别有利地，以这种方式，能够在基体和转子的空心圆柱体之间实现限定的粘合缝隙，利用所述粘合缝隙，一方面确保了粘合连接的所需的机械强度，并且另一方面使在转子的待接合的两个部件之间的间隙最小化，以便以这种方式避免可能的同心度误差和由此产生的废品。径向突起部局部地缩小了待接合的部件之间的间隙，从而将可能的同心度误差直接地最小化，而无需附加地混合保持间距的附加颗粒。相反，在两个部件之间的所有其他区域中，确保了限定的粘合缝隙，以便确保粘合剂的硬化并且因此确保粘合连接的机械强度。此外，本发明保证了粘合剂的轴向和径向的渗透性，从而该粘合剂在接合过程中可以不受阻碍地分布在整个粘合缝隙中。
13.空心圆柱形的基体是通过由转子层压件构成的转子叠片组形成的，其中，多个转子层压件分别具有至少一个径向突起部，并且在具有至少一个径向突起部的多个转子层压件中，相邻的转子层压件相对彼此地扭转所述偏移角。由转子层压件的堆叠构成的转子叠片组可以特别容易地实现并且还能够实现特别有效的磁回路(magnetischen r
ü
ckschluss)。通过多个以偏移角相对彼此扭转的、相邻的、带有径向突起部的转子层压件，可以有针对性地对所使用的粘合剂在其渗透性和硬化方面的要求产生影响。由于径向突起部之间的轴向和径向的空白区域，粘合剂可以进一步地良好地分布在粘合缝隙的整个外周上，并且不受到突起部的局部材料堆积的干扰。
14.空心圆柱体例如可以构造为磁环、保护套筒(schutzh
ü
lse)或传感器环。此外，空心圆柱体不必在机轴的轴向方向上完全地包围基体。同样地，也可以想到如下空心圆柱体：与基体相比，所述空心圆柱体至少区段地在其外周上可以更短，但也可以更长。
15.在本发明的另一个构型中，转子叠片组的每个转子层压件具有至少一个径向突起
部并且相对于其相邻的转子层压件扭转所述偏移角。这使得能够实现转子叠片组的特别简单的制造，因为所有转子层压件可以是相同地构造的并且因此在堆叠过程中不必考虑不同转子层压件的特定顺序。
16.具有至少一个径向突起部的相邻转子层压件的偏移角在此至少对应于至少一个径向突起部的角度范围的值的两倍。优选地，偏移角为至少30
°
，特别优选为大约60
°
。根据所使用的粘合剂和与此相关的最佳粘合缝隙或接合过程，在小于30
°
、优选小于20
°
、特别优选约10
°
的角度范围上，基体的或转子叠片组的径向突起部以约0.01％至5％、优选约0.02％至2％超过了在基体的或转子叠片组的剩余包覆面上存在的最大半径。
17.此外，本发明涉及一种用于制造用于电机、尤其是用于无刷直流电机的转子的方法，其中，为了解决所提出的任务，至少设置以下步骤：
[0018]-将转子层压件用于所述转子的转子叠片组，其中，多个转子层压件分别具有限制在角度范围上的至少一个径向突起部；
[0019]-将所述转子层压件进行堆叠以形成转子叠片组，使得在具有至少一个径向突起部的多个转子层压件中，相邻的转子层压件相对彼此地扭转限定的偏移角，所述偏移角大于所述至少一个径向突起部的角度范围；
[0020]-将接合剂、尤其是粘合剂施加到所述转子叠片组的外包覆部上，优选地施加到所述径向突起部之间，和/或施加到所述空心圆柱体的内部面上；以及
[0021]-将所述空心圆柱体推移(aufschieben)到所述转子叠片组上。
[0022]
如开头已经提到的那样，由转子层压件的堆叠构成的转子叠片组特别简单地构型。通过多个以限定的偏移角相对彼此扭转的、相邻的、带有径向突起部的转子层压件，可以有针对性地对所使用的粘合剂在其渗透性和硬化方面的要求产生影响。在此，通过比至少一个径向突起部的角度范围更大的偏移角，在径向突起部之间产生轴向的和径向的空白区域(在所述空白区域中，粘合剂可以良好地分布在粘合缝隙的整个外周上)，从而不存在由于突起部的局部材料堆积而造成的干扰。具有至少一个径向突起部的相邻转子层压件相对彼此扭转的偏移角至少对应于至少一个径向突起部的角度范围的值的两倍，或者优选为至少30
°
，特别优选为大约60
°
。
[0023]
在根据本发明的方法的另一个构型中，转子叠片组的每个转子层压件具有至少一个径向突起部并且相对于其相邻的转子层压件扭转所述偏移角。在施加接合剂、尤其是粘合剂之后，空心圆柱体以小的间隙被推移到转子叠片组的突起部上。在此可以设置，转子叠片组和空心圆柱体在接合工艺期间相对彼此地扭转。在转子叠片组和空心圆柱体接合在一起时，径向突起部确保了足够的粘合缝隙并且同时局部地将待接合的部件之间的间隙最小化。由此将空心圆柱体的外侧相对于机轴的得到的同心度误差最小化，这显著降低了电机在废品或返工方面的制造成本。
[0024]
此外，本发明涉及一种电机，尤其是无刷直流电机，其具有根据本发明的转子或按照根据本发明的方法制造的转子，以及涉及一种电加工设备，尤其是电动手持式工具机，其具有相应的电机。
[0025]
在本发明的上下文中，电加工设备尤其应理解为电池运行的或电网运行的电动工具机，以用于借助电驱动的嵌入式工具来加工工件。在此，电加工设备不仅可以构造为电动手持式工具，而且可以构造为固定式电动工具机。在这种情况下，典型的电动工具是手持式
或固定式钻机、螺丝刀、冲击钻、电锤、爆破锤、刨床、角磨机、轨道砂光机、抛光机等。然而，作为电加工设备，也可以考虑机器驱动的园艺工具，例如割草机、草坪修剪机、修枝锯等。此外，本发明可应用于家用和厨房用具中的轴流式机器，例如洗衣机、干衣机、真空吸尘器、搅拌机等。
附图说明
[0026]
下面基于图1至图6以示例的方式阐述本发明，其中，附图中的相同附图标记表示具有相同功能的相同构件。
[0027]
附图示出：
[0028]
图1：三相电机的、尤其是三相无刷直流电机的横截面图，其中，根据现有技术的具有四个埋入式磁体的转子(图1a)以及根据现有技术的具有四个表面磁体的磁环(图1b)，
[0029]
图2：根据现有技术的用于操控根据图1的电机的驱动器电路的电路图，
[0030]
图3：根据本发明的转子叠片组的一个实施例的透视图，
[0031]
图4：根据本发明的转子层压件的一个实施例的俯视图，
[0032]
图5：根据图3的根据本发明的转子叠片组的正面视图，其具有推移在其上的(
ü
bergeschobenem)空心圆柱体，以及
[0033]
图6：根据图3和图5的根据本发明的转子叠片组的轴向截面图，其具有推移在其上的空心圆柱体。
具体实施方式
[0034]
图1a和图1b分别示出了三相电机10、尤其是三相无刷直流电机12的横截面视图，其具有定子14和根据现有技术的、抗扭转地布置在机轴16上的转子18。电机10同样地可以构造为电动机或构造为发电机。电机10的转子18包括空心圆柱形的基体20，根据图1a，该基体具有偶数的、多个埋在凹部22中的永磁体24，所述永磁体在其极性n、s方面在转子18的外周方向u上交替。图1b示出了转子18的替代实施方式，其具有构造为磁环的空心圆柱体26，该磁环具有相应的构造为表面磁体28的永磁体22。在两个实施例中，分别示出了四个永磁体22，所述四个永磁体就其而言形成两个转子极对。根据图1a和图1b的定子14分别具有六个径向向内定向的定子齿30，所述定子齿就其而言分别承载定子绕组34的单齿绕组32。定子14以其定子齿30限定了空心圆柱形腔体，在该腔体中，转子18以能够相对于定子14旋转运动的方式布置。借助定子绕组34，产生磁旋转场，该磁旋转场在电机运行中带动永久励磁的转子18。替代地，同样可以想到，转子18在发电机运行中在定子绕组34中感应出电压。
[0035]
在图2中示出了借助控制或调节单元38来操控的功率输出级36的一个示例。功率输出级38对于在三角形连接中互连的定子绕组34的每个相线40具有构造为逆变器电路的半桥42。每个半桥42由与高电源电位vh(高侧)连接的第一功率开关44和与低电源电位v
l
(低侧)连接的第二功率开关46构成。功率开关44、46可以构造为呈igbt、igct、晶闸管、功率mosfet等形式的半导体开关，但是也可以构造为继电器。控制或调节单元38以这样的方式操控功率开关44、46来相应于脉宽调制(pwm)对各两个相线40进行通电，使得三个半桥42之一的第一功率开关44之一(例如t1)闭合，而其他的两个第一功率开关44(t3、t5)打开，并且使得所述半桥42中的另一个半桥的第二功率开关46之一(例如t2)闭合，而剩余的两个第二
功率开关46(t4、t6)打开。以这种方式，为了产生磁旋转场，第一功率开关44和第二功率开关46可以借助例如构造为霍尔传感器的三个转子位置传感器47以这样的方式交替地切换，使得定子绕组30的四个单齿绕组28总是通电，从而在运行期间所得到的定子磁通平均地是垂直于转子磁通地取向的。这种类型的布线对于本领域技术人员来说是已知的，从而这里将不再进一步地对此进行讨论。
[0036]
根据本发明，现在根据图3至图6设置如下：转子18的抗扭转地与机轴16连接的空心圆柱形的基体20具有多个径向突起部48，所述径向突起部在所述基体的包覆面上在外周方向u上和在轴向方向a上相对彼此地偏移限定的偏移角v。在此，根据图3，每个径向突起部48限制在角度范围w上，该角度范围小于径向突起部48的偏移角v。图3示出了作为由转子层压件50构成的转子叠片组52的空心圆柱形的基体20的结构。为此，转子层压件52相应地(取决于观察方向)彼此上下地或彼此相邻地堆叠。
[0037]
在外周方向u上相邻的两个径向突起部48的偏移角v至少对应于所述至少一个径向突起部48的角度范围w的值的两倍。优选地，偏移角v为至少30
°
、特别优选地为大约60
°
。
[0038]
参考转子18的根据本发明的制造方法，转子叠片组52的多个转子层压件50分别具有限制在角度范围w上的至少一个径向突起部48。图4以俯视图示出了这种类型的转子层压件50。现在，转子层压件50以这样的方式堆叠成转子叠片组52，使得在具有至少一个径向突起部48的多个转子层压件50中，将相邻的转子层压件50相对彼此地扭转限定的偏移角v。在此，完全可能的是，在根据图3的实施例的变型中，在具有至少一个径向突起部48的转子层压件50之间还设置没有径向突起部的转子层压件。同样地可以想到，使用具有多个径向突起部48的转子层压件50，其相应的角度范围w小于偏移角v。
[0039]
根据图5，对于转子叠片组52或空心圆柱形的基体20与包围其的空心圆柱体26的接合过程，将接合剂54、尤其是粘合剂施加到转子叠片组52的或空心圆柱形的基体20的外包覆部上，优选地施加到径向突起部48之间，和/或施加到空心圆柱体26的内部面上，并且然后将根据图6的空心圆柱体26在轴向方向a上推移到转子叠片组52或空心圆柱体基体20上，以用于两个部件的持久连接，从而在这两个部件之间产生粘合缝隙56。优选地，在此，转子叠片组52和空心圆柱体26在接合工艺期间相对彼此扭转。为了吸收由于电机10以高功率要求运行而引起的、转子叠片组52的或空心圆柱形的基体20的任何与温度相关的延展，在径向突起部48与空心圆柱体26的内部面之间存在小的间隙。空心圆柱体26通常构造为磁环，该磁环具有与基体20相同的轴向结构长度。然而，在不限制本发明的情况下，同样可能的是，空心圆柱体26和基体20具有不同的轴向长度。如此，空心圆柱体26因此也可以构造为转子18的保护套筒、构造为传感器环等。
[0040]
根据所使用的粘合剂和与此相关的最佳粘合缝隙56或接合过程，基体20或转子叠片组52的径向突起部48在小于30
°
、优选小于20
°
、特别优选约10
°
的角度范围w上以约0.01％至5％、优选约0.02％至2％的高度h超过了在基体20或转子叠片组52的剩余包覆面上存在的最大半径r(参见图4)。
[0041]
因此，一方面，径向突起部48局部地缩小了待接合的部件之间的间隙，从而使可能的同心度误差直接最小化，而无需附加地混合保持间距的附加颗粒。另一方面，在两个部件之间的所有其他区域中确保了所限定的粘合缝隙56，以便确保粘合剂的硬化并且因此确保粘合连接的机械强度，并确保粘合剂的轴向和径向的渗透性，从而该粘合剂在接合过程中
可以不受阻碍地分布在整个粘合缝隙56中。
[0042]
最后，还应指出的是，本发明既不受限于根据图3至图6的所示出的实施例，也不受限于转子层压件50及其径向突起部48的所示出的形状和数量。