verbesserten Nutfüliung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Maschine mit einer verbesserten Füllung der Nut.

Es sind fremderregte bzw. stromerregte elektrische Maschinen bekannt, bei denen im Stator ein magnetisches Drehfeld erzeugt wird und im Rotor, der innerhalb des Stators drehbar gelagert ist, ein statisches Magnetfeld erzeugt wird. Durch die magnetische Anziehung und magnetische Abstoßung der magnetischen Pole wird eine Kraft bzw. ein Drehmoment erzeugt, die bzw. das bewirkt, dass sich der Rotor dreht. Stromerregte elektrische Maschinen haben den Vorteil, dass ein höheres Drehmoment erzeugt werden kann als mit einer elektrischen Maschine mit Permanentmagneten im Rotor, sofern die elektrischen Maschinen näherungsweise die gleiche Größe aufweisen.

Stromerregte elektrische Maschinen weisen den Nachteil auf, dass die Wickelköpfe am Rotor bereits ab einer Drehzahl von etwa 5000 min ^"1 zerstört werden können. Üblicherweise sind die Rotorwicklungen an Zähnen des Rotors angebracht. Zwischen den Rotorwicklungen befindet sich eine Nut bzw. ein Zwischenraum, in der bzw. in dem keine Wicklungen angebracht sind. Die Wicklungen werden üblicherweise mittels eines Kupferdrahtes hergestellt. Aufgrund der Zentrifugalkraft können sich bei hohen Drehzahlen Drähte der Wicklungen in Richtung Nut bewegen. Bei noch höheren

Drehzahlen können sich die Wicklungen aus der Nut des Rotors in Richtung Stator bewegen, wodurch eine mechanische Blockade der elektrischen Maschine verursacht wird.

Im Stand der Technik sind Nutkeile bekannt. Diese Nutkeile weisen den Nachteil auf, dass sie vergleichsweise exakt an die Größe der Nut angepasst sein müssen. Da die Größe der Nut aufgrund von Fertigungstoleranzen schwanken kann, sind derartige Nutkeile im Einsatz nicht unproblematisch. Es ist auch bekannt, die Wicklungen mit Imprägnierharz zu fixieren. Eine derartige Fixierung verbessert die mechanische Stabilität der Wicklung aber nicht entscheidend.

Die DE 10 2010 060 756 A1 offenbart einen Verriegelungskeil aus einem Aramidgewebe.

Die DE 20 2012 000 842 U1 offenbart einen Nutkeil, wobei zwischen die

Wicklungen auch eine isolierende Masse eingebracht wird.

Der Stand der Technik hat den Nachteil, dass der Nutkeil an die Wicklungen des Rotors angepasst sein muss. Die Wicklungen unterliegen

fertigungstechnischen Toleranzen. Folglich sind die Nutkeile in manchen

Fällen schwierig zu montieren, da sie nicht die erforderliche Größe

aufweisen.

Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, einen verbesserten Rotor mit einer verbesserten Stabilisierung der Wicklungen bei hohen Drehzahlen zu schaffen.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Rotor nach Anspruch 1 , eine stromerregte elektrische Maschine nach Anspruch 8 und durch ein Verfahren nach Anspruch 9 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beanspruchen bevorzugte Ausführungsformen.

Ein Rotor einer stromerregten elektrischen Maschine weist eine Mehrzahl Wicklungen auf, die an dem Rotor angeordnet sind, wobei zwischen den Wicklungen Nuten ausgebildet sind. Typischerweise sind die Wicklungen an Polen bzw. Zähnen des Rotors angeordnet. Erfindungsgemäß umfasst der Rotor ein Textii, das eine Mehrzahl flächig miteinander verbundene Fasern aufweist. Das Textii ist in zumindest einer Nut angeordnet, wobei das Textii mit einem Füllmaterial getränkt ist, das im normalen Betriebszustand des Rotors einen festen Zustand aufweist. Das Textii kann zumindest 30 % des Volumens, vorzugsweise zumindest 50 % des Volumens, mehr bevorzugt zumindest 75 % des Volumens der Nut zwischen den Wicklungen aufweisen. Herkömmliche Rotoren stromerregter elektrischer Maschinen lassen lediglich eine Drehzahl von 5.000 min ^-1 zu, bevor die Wicklungen durch die

Zentrifugalkraft zerstört werden. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass durch Einbringen eines Textils in die Nut zwischen den Wicklungen und das anschließende Auffüllen der Nut mittels eines

Füllmaterials, das während des normalen Betriebszustandes des Rotors einen festen Zustand aufweist, die mechanische Stabilität des Rotors soweit erhöht werden kann, dass er mit deutlich höheren Drehzahlen,

beispielsweise 20.000 min ^"1 , betrieben werden kann. Der erfindungsgemäße Rotor kann im Betrieb Umfangsgeschwindigkeiten von bis zu 150 m/sec standhalten.

Die Fasern des Textils können Aramid aufweisen. Aramid und/oder aromatisches Polyaramid ist ein besonders temperaturbeständiger

Kunststoff, der beispielsweise einer Beanspruchung bei mehr als 10.000 Betriebsstunden bei 180 °C standhält.

Das Textil kann ein Gewebe oder ein Vlies sein. Das Gewebe und/oder das Vlies können Aramidfasern aufweisen. Ein Vlies aus Aramidfasern ist beispielsweise unter dem Markennamen Nomex von Du Pont bekannt. Ein derartiges Vlies hat zum einen den Vorteil, dass es saugfähig ist und zum anderen in Verbindung mit dem Füllmaterial ausreichend mechanische Stabilität den Wicklungen des Rotors bereitstellt.

Ein Textil kann in einer Mehrzahl Nuten des Rotors angeordnet sein. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Textil in allen Nuten des Rotors angeordnet sein. Dadurch kann die Herstellung des Rotors vereinfacht werden. Zudem kann sichergestellt werden, dass alle uten mit dem Textil gefüllt sind.

Das Füllmaterial kann ein Harz und/oder ein Imprägnierharz aufweisen. Das Füllmaterial kann ein beliebiges Fluid sein, das von dem Vlies aufgenommen werden kann und anschließend aushärtet.

Das Textil kann ein Aramidvlies oder ein Aramidgewebe sein, um die

Hitzebeständigkeit des Verbundes zu gewährleisten. Aramidvliese und Aramidgewebe saugen das Harz bzw. Imprägnierharz auf und verleihen den Wicklungen des Rotors ausreichend Stabilität.

Die Erfindung betrifft auch eine stromerregte elektrische Maschine mit dem zuvor beschriebenen Rotor.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors einer stromerregten elektrischen Maschine. Das Verfahren umfasst den Schritt des Füllens einer Nut zwischen zwei Wicklungen mit einem Textil mit einer Mehrzahl flächig verbundener Fasern. Das Verfahren umfasst ferner den Schritt des Tränkens des Textils mit einem Füllstoff, der sich beim Tränken im flüssigen Zustand und beim normalen Betrieb des Rotors im festen Zustand befindet. Während des Tränkens des Textils kann der Füllstoff eine Temperatur von etwa zumindest 200 C, vorzugsweise zumindest 250 C, mehr bevorzugt von zumindest 300 C aufweisen. Der normale

Betriebszustand des Rotors umfasst einen Temperaturbereich bis maximal 180 °C. Der Füllstoff kann aber auch bei niedrigeren Temperaturen, beispielsweise bei Raumtemperatur, aushärten.

Der Füllstoff kann ein Harz oder Imprägnierharz sein, das unter

Temperatureinwirkung aushärtet. Alternativ hierzu oder zusätzlich kann das Textil ein Vlies oder ein Gewebe aufweisen. Die Fasern können

Aramidfasern und/oder aromatisches Polyaramid aufweisen.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf eine bevorzugte und nicht beschränkende Ausführungsform erläutert, wobei

Figur 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Rotor darstellt.

Figur 1 zeigt einen Teilschnitt durch einen Rotor 1. Der Rotor 1 weist eine Mehrzahl Blechpakete 6 auf, die an einer Achse 2 starr angeordnet sind. Jedes Blechpaket 6 weist einen Pol bzw. einen Zahn 4 auf. An jedem Zahn 4 ist eine Wicklung 10 angeordnet, wobei ein Kupferdraht 8 um den Zahn 4 gewickelt ist. Es ist möglich, dass alle Wicklungen 10 des Rotors 1 mittels eines einzigen Drahtes 8 gewickelt sind.

Erfindungsgemäß wird ein Vlies 12, beispielsweise aus Aramidfasern, in die Nut 16 eingeführt. Das Vlies 12 kann wie in Figur 1 in mehreren Lagen übereinander gewunden in der Nut 16 angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, das Vlies mehr oder weniger aufzurollen und dann in die Nut 6 einzubringen.

Nachdem das Vlies 12 in der Nut 16 angeordnet wurde, wird die Nut 16 mit einem Harz 14 vergossen, getaucht oder geträufelt . Dadurch wird das Vlies 12 getränkt. Die Temperatur des Harzes 14 befindet sich beim Tränken etwa im Bereich der Raumtemperatur oder bei Temperaturen bis 200°C. Das Harz 14 erstarrt bei Raumtemperatur oder bei Temperaturen bis 200°C und daruntersp.

Das erstarrte Harz 14 und das Vlies 12 bilden einen Nutverschluss der Nut 16, so dass sichergestellt ist, dass die Zentrifugalkraft die Drähte 8 einer Wicklung 10 nicht aus ihrer vorgegebenen Position bewegen kann. Folglich kann der Rotor 1 bei einer wesentlich höheren Drehzahl betrieben werden, als dies bei Rotoren ohne Nutverschluss der Fall ist oder bei Rotoren, die lediglich ein Harz als Nutverschluss aufweisen.

Der erfindungsgemäße Rotor kann in einer elektrischen Maschine

angeordnet sein, die ein Fahrzeug antreibt. Da der Rotor einen höheren Drehzahlbereich aufweist, kann die elektrische Maschine effizienter betrieben werden und eventuell auf ein Schaltgetriebe verzichtet werden. Weiterhin kann der Motor durch die Erhöhung der Drehzahl bei gleicher Leistung kleiner und leichter gebaut werden.