Beschreibung

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich insbesondere auf einen Rotor für eine elektrische Maschine, auf eine elektrische Maschine für ein Luftfahrzeug, auf ein Luftfahrzeug mit einer solchen elektrischen Maschine und auf ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine.

Luftfahrzeuge werden in vielfältigen Ausgestaltungen angetrieben. Verbrennungsmaschinen, z.B. Kolbenmotoren oder Gasturbinentriebwerke, ermöglichen große Reichweiten und hohe Geschwindigkeiten. Antriebe mit einem oder mehreren Elektromotor(en) ermöglichen einen Einsatz von nachhaltig erzeugter Energie und sind mitunter besonders wartungsarm und leise.

Im Luftfahrtbereich ist es stets wünschenswert, eine möglichst große Sicherheit zu gewährleisten. Ein Ausfall eines Bauteils soll möglichst unwahrscheinlich sein. Falls es zu unvorhergesehenen Belastungen kommt, sollen die Auswirkungen möglichst geringgehalten werden.

Ferner werden besonders im Luftfahrtbereich mitunter große Antriebsleistungen benötigt, wobei gleichzeitig möglichst kleine Motoren gewünscht sind. Zugleich wird typischerweise ein geringes Gesamtgewicht angestrebt.

In der US 7,990,011 B2 ist ein Rotor für einen Elektromotor beschrieben, bei dem Magnete, ein äußerer Ring, eine Rotorscheibe und eine Abdeckung der Magnete allesamt miteinander verklebt sind, um die Magnete zu fixieren und um Vibrationen zu dämpfen. Diese Lösung erlaubt jedoch nur begrenzte Drehmomente und Temperaturen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine möglichst sichere und zugleich leistungsfähige elektrische Maschine zu ermöglichen.

Gemäß einem Aspekt wird ein Rotor für eine elektrische Maschine bereitgestellt. Der Rotor umfasst eine Basis mit einem konzentrisch zu einer Rotationsachse des Rotors angeordneten Magnetaufnahmebereich, der mehrere Aufnahmetaschen ausbildet, die um die Rotationsachse herum abwechselnd näher zur Rotationsachse und weiter weg von der Rotationsachse angeordnet sind, und mehrere Magneten, wobei jeweils zumindest ein Magnet oder genau ein Magnet in jede der Aufnahmetaschen eingesetzt ist.

Hierdurch wird es ermöglicht, dass sich die einzelnen Magneten in Umfangsrichtung um die Rotationsachse betrachtet an der Basis abstützen, wodurch größere Drehmomente übertragbar sind, als wenn die Magneten lediglich mit der Basis verklebt sind. Zwar könnte hierzu auch vorgesehen sein, dass die Basis jeweils einen zwischen zwei Magneten verlaufenden Steg ausbildet, an welchem sich die angrenzenden Magneten abstützen. Jedoch würde ein solcher Steg die Magneten beabstanden, sodass in Umfangsrichtung betrachtet zwischen den Magneten Bereiche angeordnet wären, die kaum oder nicht magnetisch wirksam sind, sodass die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine mit dem Rotor gemindert wäre. Bei der beschriebenen Anordnung sind trotz einer sicheren Abstützung der Magneten in Umfangsrichtung solche Stege nicht notwendig, sodass durch den beschriebenen Rotor eine besonders sichere und zugleich infolge eines besonders hohen Magnet-Füllfaktors leistungsfähige elektrische Maschine ermöglicht wird. Es kann also vorgesehen sein, dass zwischen jeweils zwei benachbarten Magneten (und/oder Aufnahmetaschen) kein Steg ausgebildet ist. Die Aufnahmetaschen des Magnetaufnahmebereichs können in Umfangsrichtung um die Rotationsachse ununterbrochen zusammenhängend ausgebildet sein. Die jeweils benachbarten Magneten können aneinander angrenzen, insbesondere in Berührung miteinander stehen, insbesondere flächig, z.B. an ihren einander zugewandten Seitenflächen. Bei den Magneten handelt es sich insbesondere um Permanentmagneten, beispielsweise um Neodym- oder Samarium-Magneten.

Jeder der Magneten ist z.B. an einer Seitenkante der jeweiligen Aufnahmetasche abgestützt. Die Seitenkanten verlaufen beispielsweise senkrecht zur Rotationsachse. Das erlaubt eine besonders sichere Abstützung.

Die Seitenkanten können um die Rotationsachse herum betrachtet abwechselnd an in Bezug auf die Rotationsachse inneren Rändern der Magneten und in Bezug auf die Rotationsachse äußeren Rändern der Magneten angrenzen. Die Magneten können sich somit abwechselnd innen und außen an der Basis abstützen (und am anderen Ende jeweils am benachbarten Magneten). Das erlaubt eine sichere Abstützung bei einem besonders einfachen Aufbau.

An den an die jeweiligen Seitenkanten angrenzenden inneren Rändern und/oder äußeren Rändern der Magneten kann jeweils ein Spalt zur Basis hin ausgebildet sein. Eine solche Ausgestaltung erlaubt eine besonders einfache Herstellung der Basis mit einer Fräse. Hierbei wird beispielsweise zunächst eine ringförmige Vertiefung konzentrisch zur Drehachse in das Material der Basis eingebracht. Dann werden abwechselnd radial nach außen und radial nach innen Taschen eingebracht. Hierdurch ergibt sich ein zahnförmiger äußerer Rand des Magnetaufnahmebereichs und ein zahnförmiger innerer Rand des Magnetaufnahmebereichs, der gegenüber dem zahnförmigen äußeren Rand des Magnetaufnahmebereichs um den Winkel, den ein Zahn einnimmt, versetzt angeordnet ist. Sind diese Taschen jeweils so groß, dass bei eingesetztem Magnet ein Spalt verbleibt, dann müssen die Ecken der Taschen nicht spitzwinklig ausgeformt werden, was die Herstellung der Basis erheblich erleichtert. Umgekehrt müssen Ecken der Magneten nicht abgerundet werden, was ebenfalls die Herstellung deutlich erleichtert. Somit ist es möglich, die Basis einstückig auszubilden und den Magnetaufnahmebereich durch spanende Bearbeitung in der Basis auszubilden.

An Ecken der jeweiligen Spalte kann ein Radius ausgebildet sein, z.B. infolge des Fräsens. Durch den überstehenden Spalt kann der jeweilige Magnet dennoch passgenau eingesetzt werden. Die Basis umfasst optional eine Grundplatte, an welcher eine oder mehrere Stanzplatten befestigt sind (oder ein geblechter Ring, der sich aus ringförmigen oder segmentierten Ringabschnitten, die wiederum einen Ring ergeben, im Umfang zusammensetzt). Dabei kann vorgesehen sein, dass der Magnetaufnahmebereich durch die eine oder die mehreren Stanzplatten ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, den Magnetaufnahmebereich durch Stanzen auszubilden. In diesem Fall ist es möglich, auf Spalte neben den Magneten zu verzichten. Die Grundplatte und die eine oder mehreren Stanzplatten sind z.B. miteinander verschweißt. Die Höhe in axialer Richtung kann durch die Anzahl der Bleche definiert und eingestellt werden.

Optional ist ein Freiraum zwischen jedem der Magneten und der Basis des Rotors mit einem Füllmaterial aufgefüllt. Bei dem Füllmaterial handelt es sich z.B. um ein Harz. So kann eine spielfreie Anordnung der Magneten sichergestellt werden.

Der Rotor kann ferner zum indest einen konzentrisch zur Rotationsachse angeordneten Gleitring umfassen. Der zumindest eine Gleitring kann so angeordnet sein, dass er mit in Bezug auf die Rotationsachse inneren Rändern der Magneten oder mit in Bezug auf die Rotationsachse äußeren Rändern der Magneten überlappt. Der Gleitring kann mit (oder an) den inneren Rändern oder den äußeren Rändern der Magneten mit den Magneten in Berührung stehen. Der Gleitring ist insbesondere am Rotor befestigt. Es kann vorgesehen sein, dass jeder der Magneten einen in radialer Richtung senkrecht zur Rotationsachse vom Gleitring beabstandeten Freibereich aufweist. Der Freibereich überlappt also nicht mit dem Gleitring. Ein solcher Gleitring kann zum einen eine zusätzliche Sicherung der Magneten an der Basis des Rotors bereitstellen. Zum anderen kann ein solcher Gleitring mit dem Stator ein Gleitlager ausbilden. Der Gleitring ist z.B. im Normalbetrieb vom Stator beabstandet und berührt diesen nicht. Bei besonders starken Belastungen kann der Gleitring in gleitende Berührung mit dem Stator gelangen und dabei die Magneten vor einer Beschädigung schützen. Indem Berührungen somit toleriert werden, wird es wiederum ermöglicht, den Rotor z.B. dünner auszubilden, wodurch ein geringeres Gewicht ermöglicht wird.

Gemäß einem Aspekt wird eine elektrische Maschine bereitgestellt, z.B. für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Luftfahrzeug. Die elektrische Maschine umfasst einen Stator mit einer oder mehreren Spulen und einen relativ zum Stator um eine Rotationsachse drehbar gelagerten Rotor nach einer beliebigen, hierin beschriebenen Ausgestaltung. Hinsichtlich der Vorteile wird auf die obigen Angaben Bezug genommen.

Gemäß einem Aspekt wird eine elektrische Maschine bereitgestellt, die optional wie die vorstehend beschriebene elektrische Maschine ausgebildet ist. Die elektrische Maschine umfasst einen Stator mit einer oder mehreren Spulen und einen relativ zum Stator um eine Rotationsachse drehbar gelagerten Rotor mit einer Basis mit einem konzentrisch zur Rotationsachse angeordneten Magnetaufnahmebereich und mehreren Magneten, die in den Magnetaufnahmebereich eingesetzt sind. Ferner umfasst die elektrische Maschine zumindest einen konzentrisch zur Rotationsachse angeordneten Gleitring mit einer gegenüber Oberflächen der Magneten in einer Richtung parallel zur Rotationsachse versetzt angeordneten Gleitfläche, wobei der Gleitring mit in Bezug auf die Rotationsachse inneren Rändern oder äußeren Rändern der Magneten überlappt, am Stator oder am Rotor befestigt ist und zum jeweils anderen von dem Stator und dem Rotor einen Abstand aufweist, der kleiner ist als der Abstand eines in radialer Richtung senkrecht zur Rotationsachse vom Gleitring beabstandeten Freibereichs von jedem der Magneten zum Stator. Hinsichtlich der Vorteile wird auf die obigen, auf den Rotor bezogenen Angaben zum Gleitring verwiesen.

Optional ist vorgesehen, dass ein konzentrisch zur Rotationsachse angeordneter (erster) Gleitring mit den inneren Rändern der Magneten überlappt und am Rotor befestigt ist und/oder ein konzentrisch zur Rotationsachse angeordneter (zweiter) Gleitring mit den äußeren Rändern der Magneten überlappt und am Rotor befestigt ist und/oder ein konzentrisch zur Rotationsachse angeordneter (dritter) Gleitring mit den inneren Rändern der Magneten überlappt und am Stator befestigt ist und/oder ein konzentrisch zur Rotationsachse angeordneter (vierter) Gleitring mit den äußeren Rändern der Magneten überlappt und am Stator befestigt ist. Hierdurch können eine besonders sichere Halterung und ein besonders sicherer Schutz der Magneten bereitgestellt werden.

Zwischen dem Stator und dem Rotor ist ein in axialer Richtung parallel zur Rotationsachse erstreckter Spalt ausgebildet. Hierdurch kann der Rotor besonders schnell und verlustarm drehen.

Insbesondere kann die elektrische Maschine in Form einer Transversalflussmaschine oder in Form einer Axialflussmaschine ausgebildet sein. Diese ermöglichen eine besonders flache Bauweise und große Drehmomente.

Gemäß einem Aspekt wird ein Luftfahrzeug bereitgestellt, umfassend eine Rotoreinheit mit Rotorschaufeln und die elektrische Maschine nach einer beliebigen, hierin beschriebenen Ausgestaltung zum Antrieb der Rotoreinheit. Die Rotoreinheit und die elektrische Maschine bilden ein Antriebssystem für das Luftfahrzeug. Das Antriebssystem dient zur Erzeugung von Schub und/oder Auftrieb für das Luftfahrzeug.

Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine angegeben, insbesondere zur Herstellung des Rotors nach einer beliebigen, hierin beschriebenen Ausgestaltung. Das Verfahren umfasst das Herstellen einer Basis mit einem konzentrisch zu einer Rotationsachse angeordneten Magnetaufnahmebereich. Ferner umfasst das Verfahren das Einsetzen mehrerer Magneten in den Magnetaufnahmebereich. Weiter umfasst das Verfahren das Befestigen zumindest eines Gleitrings konzentrisch zur Rotationsachse derart am Rotor, dass der zumindest eine Gleitring mit (in Bezug auf die Rotationsachse) inneren Rändern oder äußeren Rändern der Magneten überlappt und jeder der Magneten einen in radialer Richtung (senkrecht zur Rotationsachse) vom Gleitring beabstandeten (vom Gleitring nicht überdeckten) Freibereich aufweist. Hinsichtlich der Vorteile wird auf die obigen Angaben Bezug genommen.

Das Verfahren kann ferner das Ziehen der Magneten gegen den zumindest einen Gleitring umfassen und, optional (insbesondere während dem Ziehen), auch das Auffüllen eines Raumes an jeder der Aufnahmetaschen des Rotors, insbesondere eines Freiraums zwischen jedem der Magneten und der Basis des Rotors mit einem Füllmaterial. Hierdurch kann eine höchst präzise Anordnung der dem Stator zugewandten Oberflächen der Magneten am Rotor ermöglicht werden, selbst bei größeren Toleranzen in der Dicke der Magneten. Das erlaubt eine deutlich vereinfachte Herstellung und zugleich besonders hohe Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine mit dem Rotor. Die Schritte des Ziehens und des Auffüllens können in beliebiger Reihenfolge und jeweils vor oder nach den Schritten des Einsetzens und des Befestigens durchgeführt werden.

Im Schritt des Ziehens werden die Magneten beispielsweise mit einem Stempel, insbesondere einem ferromagnetischen Stempel oder einem Stempel mit einem Elektromagneten gezogen. Das ermöglicht eine besonders einfache und gute Handhabung.

Der Schritt des Herstellens der Basis kann das Stanzen jeweils einer Öffnung in eine oder mehrere Stanzplatten und das Befestigen der einen oder mehreren Stanzplatten an einer Grundplatte umfassen, insbesondere derart, dass die Öffnung(en) der einen oder mehreren Stanzplatte(n) den Magnetaufnahmebereich ausbilden. Das ermöglicht eine besonders präzise Fertigung der Aufnahmetaschen für die Magneten. Alternativ oder zusätzlich zum Stanzen kann ein Fräsvorgang vorgesehen sein, z.B. wie weiter oben bereits beschrieben.

Es werden nun beispielhaft Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren beschrieben; in den Figuren zeigen in schematischen Darstellungen:

Figur 1 ein Luftfahrzeug in Form eines Flugzeugs mit einer elektrisch angetriebenen Rotoreinheit;

Figur 2 eine elektrische Maschine des Luftfahrzeugs gemäß Figur 1 in einer schematischen Schnittansicht;

Figur 3 einen Abschnitt eines Rotors der elektrischen Maschine gemäß

Figur 2 mit abwechselnd zu einer Rotationsachse hin und von der Rotationsachse weg versetzt angeordneten Magneten;

Figur 4 eine optionale Ausgestaltung von Aufnahmetaschen des Rotors gemäß Figur 3;

Figur 5 eine alternative Ausgestaltung von Magneten für den Rotor gemäß Figur 3; Figur 6 eine Schnittansicht der elektrischen Maschine gemäß Figur 2;

Figur 7 eine Draufsicht auf Magneten, deren Randbereiche durch

Gleitringe überdeckt sind;

Figur 8 eine Schnittansicht der Montage eines der Magneten am Rotor gemäß Figur 3;

Figur 9 einen plattenförmigen Aufbau des Rotors gemäß Figur 3; und

Figur 10 ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine elektrische

Maschine.

Figur 1 zeigt ein Luftfahrzeug 2 in Form eines elektrisch angetriebenen Flugzeugs mit einem Rumpf 20 und Flügeln 21.

Das Luftfahrzeug 2 umfasst ein Antriebssystem mit einer Rotoreinheit 22, die durch eine elektrische Maschine des Antriebssystems angetrieben wird. Die Rotoreinheit 22 umfasst mehrere, hier exemplarisch zwei Rotorschaufeln 221 . Die Rotorschaufeln 221 sind im gezeigten Beispiel an einer Nabe montiert und bilden damit einen Propeller. In alternativen Ausgestaltungen umfasst das Luftfahrzeug 2 z.B. einen Fan anstelle eines Propellers und/oder mehrere Antriebssysteme mit jeweils zumindest einem Propeller, Fan oder dergleichen.

Figur 2 zeigt die elektrische Maschine 1 des Luftfahrzeugs 2. Die elektrische Maschine 1 ist in Form eines Elektromotors ausgebildet (der zusätzlich oder alternativ auch als Generator verwendbar sein kann). Konkret ist die elektrische Maschine 1 als Transversalflussmaschine ausgebildet, alternativ als Axialflussmaschine. Die elektrische Maschine 1 umfasst einen Stator 10, einen Rotor 11 und eine Welle 14.

Der Rotor 11 ist mittels Lager um eine Rotationsachse R relativ zum Stator 10 drehbar gelagert. Der Stator 10 ist fest an einem Träger des Luftfahrzeugs 2 montiert. Beispielsweise ist der Stator 10 relativ zum Rumpf 20 fixiert. Der Stator 10 umfasst einen Körper 100, an welchem eine elektrische Spule 101 festgelegt ist.

Der Rotor 11 umfasst im Allgemeinen zumindest eine Basis 110, an der mehrere (oberflächenmontierte) Magnete 12A in Form von Permanentmagneten festgelegt sind. Die Magnete 12A sind um die Rotationsachse R herum mit paarweise wechselnder Polarität an der Basis 110 des Rotors 11 befestigt. Permanenterregte elektrische Maschinen erlauben besonders hohe Leistungsdichten und Drehmomentdichten. Die Basis 110 ist an der Welle 14 fixiert. Die Magneten 12A sind der Spule 101 des Stators 10 zugewandt.

Vorliegend weist der Rotor 11 beispielhaft zwei Basen 110 auf, welche spiegelbildlich zueinander ausgebildet sind und zwischen denen der Stator 10 angeordnet ist. Jede Basis 110 ist vorliegend scheibenförmig ausgebildet.

Ein elektrischer Strom durch die Spule 101 erzeugt ein Magnetfeld, welches den Rotor 11 in eine Drehung um die Rotationsachse R versetzt. Zwischen dem Stator 10 und jeder Basis 110 des Rotors 11 ist dabei jeweils ein Spalt S ausgebildet, über welchen die magnetischen Kräfte zwischen dem Stator 10 und dem Rotor 11 wirken. Dabei überbrücken magnetische Felder den jeweiligen Spalt S in axialer Richtung (in einer Richtung parallel zur Rotationsachse R). Jeder der beiden Spalte S ist im Allgemeinen mit einem Gas oder Gasgemisch, hier mit Luft, gefüllt. Jeder der beiden Spalte S weist zumindest abschnittsweise die Form einer Kreisscheibe auf. Somit sind der Rotor 11 und der Stator 10 beiderseits des Stators 10 durch einen (eben geformten) Luftspalt voneinander separiert. Der Stator 10 und der Rotor 11 sind in axialer Richtung, parallel zur Rotationsachse R, voneinander beabstandet. Jede Basis 110 des Rotors 11 ist axial neben dem Stator 10 angeordnet.

Die elektrische Maschine 1 treibt die Rotoreinheit 22 über die Welle 14 an. Beispielseise ist die Rotoreinheit 22 an der Welle 14 befestigt oder anderweitig damit wirkverbunden. Optional umfasst das Antriebssystem mehrere elektrische Maschinen 1 an der Welle 14.

Figur 3 zeigt einen Ausschnitt des Rotors 11 in einer Blickrichtung parallel zur Rotationsachse R. Dabei ist die (eine) Basis 110 des Rotors 11 erkennbar, an welcher die Magneten 12A befestigt sind. Hierfür weist die Basis 110 einen konzentrisch zur Rotationsachse R angeordneten Magnetaufnahmebereich 111 auf. Der Magnetaufnahmebereich 111 ist im Wesentlichen ringförmig um die Rotationsachse R herum erstreckt. Der Magnetaufnahmebereich 111 bildet dabei mehrere Aufnahmetaschen 112 aus, die um die Rotationsachse R herum abwechselnd näher zur Rotationsachse R und weiter weg von der Rotationsachse R angeordnet sind. Der Magnetaufnahmebereich 111 mit den Aufnahmetaschen 112 wird vorliegend durch eine zusammenhängende Vertiefung an einer Seite der Basis 110 gebildet. Der Magnetaufnahmebereich 111 mit den Aufnahmetaschen 112 weist überall dieselbe Tiefe auf.

In jede der Aufnahmetaschen 112 ist jeweils genau ein Magnet 12A eingesetzt. Die Magneten 12A sind im gezeigten Beispiel allesamt untereinander gleich ausgebildet. In Umfangsrichtung betrachtet sind die Magneten 12A jeweils abwechselnd mit entgegengesetzter Polarität in die Aufnahmetaschen 112 eingesetzt. In Figur 3 sind hierbei der magnetische Nordpol mit einem „+“ und der magnetische Südpol mit einem gekennzeichnet. Die magnetischen Feldlinien gehen dabei parallel zur Rotationsachse R durch die Magneten 12A. In den Aufnahmetaschen 112 können auch Magnete in einer Halbach-Anordnung für jeden Nord und Südpol eingesetzt werden.

Durch die paarweise nach innen und außen versetzt zueinander ausgebildeten Aufnahmetaschen 112 sind die Magneten 12A im eingesetzten Zustand gemäß Figur 3 ebenfalls abwechselnd näher zur Rotationsachse R und weiter weg von der Rotationsachse versetzt zueinander angeordnet. Diese Anordnung und die beschriebene Ausbildung der Aufnahmetaschen 112 haben zur Folge, dass jeder der Magneten 12A an einer Seitenkante 113 der jeweiligen Aufnahmetasche 112 abgestützt ist, und damit an Material der Basis 110. Die Seitenkanten 113 der Basis 110 verlaufen in Ebenen, die durch die Rotationsachse R und eine jeweilige senkrecht auf der Rotationsachse R stehende (imaginäre) Gerade aufgespannt werden. In Umfangsrichtung auf die Magneten 12A wirkende Kräfte können somit über die Seitenkanten 113 direkt in die Basis 110 eingeleitet werden.

Durch die paarweise versetzte Anordnung der Magneten 12A berührt jeder der Magneten 12A an seinen Seitenflächen Seitenkanten 113 der Basis 110 nur entweder im Bereich eines äußeren Randes 121 oder im Bereich eines inneren Randes 120, und zwar vorliegend über die Reihe der Magneten 12A hinweg konkret abwechselnd im Bereich des äußeren Randes 121 und im Bereich des inneren Randes 120. Im Bereich des jeweils anderen (inneren oder äußeren) Randes stützt sich jeder der Magneten 12A seitlich am benachbarten Magneten 12A ab. Da dieser benachbarte Magnet 12A dort weiter in Umfangsrichtung wiederum an einer Seitenkante 113 an der Basis 110 abgestützt ist, ergibt sich für jeden der Magnete 12A eine sichere Abstützung, die hohe Drehmomente erlaubt. Zudem halten sich die aneinander angrenzenden Magneten 12A besonders fest aneinander fest. Die Magneten 12A stehen jeweils mit den beiden benachbarten Magneten 12A in Berührung.

Anhand Figur 3 ist ferner ersichtlich, dass an den an die jeweiligen Seitenkanten 113 angrenzenden inneren Rändern 120 und an den an die jeweiligen Seitenkanten 113 angrenzenden äußeren Rändern 121 der Magneten 12A jeweils ein Spalt 114 zur Basis 110 ausgebildet ist. Diese Spalte 114 können vorgesehen werden, um die Herstellung wesentlich zu vereinfachen. Denn durch Vorsehen der Spalte können die Magneten 12A in einfacher Weise mit scharfen Ecken ausgebildet werden, ohne dass ein Abrunden der Ecken nötig wäre, und trotzdem können die Aufnahmetaschen 112 in einfacher Weise durch Fräsen ausgebildet werden. Aus diesem Grund kann an Ecken (am jeweiligen Spalt 114) der Aufnahmetaschen 112 jeweils ein Radius 115 ausgebildet sein, wie in Figur 3 beispielhaft an einer der Aufnahmetaschen illustriert. Die Radien 115 beschreiben beispielsweise in etwa einen Viertelkreis. Die Radien 115 weisen beispielsweise eine Radiuslänge gleich der Breite des jeweiligen Spalts 114 auf. Alternativ oder zusätzlich weisen die Radien 115 beispielsweise eine Radiuslänge von 1 mm oder weniger auf. Es sei angemerkt, dass die Größe der Spalte 114 aus Gründen der erleichterten Veranschaulichung sehr groß dargestellt sind und typischerweise im Verhältnis zur Größe der Magneten 12A wesentlich kleiner ausfallen.

Figur 4 veranschaulicht eine weitere mögliche Ausgestaltung, bei welcher die Radien 115 nicht nur in etwa einen Viertelkreis beschreiben, sondern in etwa einen Halbkreis, sodass zwischen den zwei Ecken der jeweiligen Aufnahmetasche 112 mit den Radien 115 ein Vorsprung 116 ausgebildet ist (beispielsweise mit einer Radiuslänge von 1 mm oder weniger). Das erlaubt eine noch einfachere Herstellung der Basis 110 und zudem eine noch sichere Halterung der Magneten 12A.

Figur 5 veranschaulicht, dass anstelle von jeweils einem Magneten pro Aufnahmetasche 112 auch mehrere, beispielsweise zwei Magneten 12B in jeder Aufnahmetasche 112 angeordnet sein können. Die jeweils zwei Magneten 12B in einer jeweiligen Aufnahmetasche 112 können in Bezug auf ihre Polaritäten jeweils gleich herum ausgerichtet sein, oder alternativ jeweils entgegengesetzt. Ferner sei angemerkt, dass die Magneten auch entsprechend der Hallbach-Anordnung eingesetzt werden können.

Figur 6 veranschaulicht weitere Details der elektrischen Maschine 1 , von der in Figur 6 ein Ausschnitt im Querschnitt gezeigt ist.

Der Körper 100 des Stators 10 umfasst Eisen oder besteht daraus. Der Körper 100 (oder zumindest ein Teil davon) dient somit als Eisenkern. Am Körper 100 ist die Spule 101 befestigt, welche hier um die Rotationsachse R herum verläuft. Bei der elektrischen Maschine 1 handelt es sich um eine Transversalflussmaschine. Bei einer Ausbildung als Axialflussmaschine sind entsprechend mehrere Spulen um die Rotationsachse R herum verteilt am Stator 10 montiert.

In Figur 6 ist ferner gezeigt, dass an jeder Basis 110 des Rotors 11 ein konzentrisch zur Rotationsachse R angeordneter (innerer) Gleitring 13A, welcher mit den in Bezug auf die Rotationsachse R inneren Rändern 120 der Magneten 12A überlappt, am Rotor 11 befestigt ist. Ferner ist an jeder Basis 110 des Rotors 11 ein konzentrisch zur Rotationsachse R angeordneter (äußerer) Gleitring 13B, welcher mit den in Bezug auf die Rotationsachse R äußeren Rändern 121 der Magneten 12A überlappt, am Rotor 11 befestigt. Beide Gleitringe 13A, 13B überdecken dabei allerdings nur jeweils einen Randbereich der Magneten 12A, sodass jeder der Magneten 12A einen in radialer Richtung (also senkrecht zur Rotationsachse R) von beiden Gleitringen 13A, 13B beabstandeten Freibereich 122 aufweist. An diesem Freibereich 122 sind die Magneten 12A nicht durch einen der Gleitringe 13A, 13B überdeckt. Am Freibereich 122 sind die Magneten 12A jeweils dem Körper 100 zugewandt. Die Gleitringe 13A, 13B sind an der Basis 110 befestigt und sichern so die Magneten 10A formschlüssig an der Basis 110. Vorliegend weisen die Gleitringe 13A, 13B zu ihrem jeweiligen Rand über den Magneten 12A eine Fase auf. Die G leitringe 13A, 13B stehen gegenüber einer dem Stator 10 zugewandten Oberfläche 123 der Magneten 12A in einer Richtung parallel zur Rotationsachse R vor. Somit wird durch die Gleitringe 13A, 13B des Rotors 11 und die Magneten 12A eine um die Rotationsachse R umlaufende Vertiefung ausgebildet. In diese Vertiefung greift der Stator 10 ein. Das ermöglicht besonders gute magnetische Eigenschaften.

Ferner sind auch am Stator 10 Gleitringe 13C, 13D befestigt. Die Gleitringe 13C, 13D des Stators 10 sind konzentrisch zur Rotationsachse R angeordnet und weisen (wie die Gleitringe 13A, 13B des Rotors 11 ) eine gegenüber den Oberflächen 123 der Magneten 12A in einer Richtung parallel zur Rotationsachse R versetzt angeordneten Gleitfläche 130 auf. Ein Gleitring 13C des Stators 10 überlappt mit den inneren Rändern 120 der Magneten 12A. Der andere Gleitring 13D überlappt mit den äußeren Rändern 121 der Magneten 12A.

Dabei ist vorgesehen, dass zwischen jedem der Gleitringe 13A-13D zum jeweils anderen von dem Stator 10 und dem Rotor 11 einen ersten Abstand A1 ausgebildet ist, der kleiner ist als der zweite Abstand A2 zwischen dem Freibereich 122 von jedem der Magneten 12A zum Stator 10. So ist der erste Abstand A1 zwischen den inneren Gleitringen 13A, 13C des Rotors 10 und des Stators 11 kleiner als der zweite Abstand A2 zwischen den Magneten 12A und dem Körper 100 des Stators 10. Ebenso ist der erste Abstand A1 zwischen den äußeren Gleitringen 13B, 13D des Rotors 10 und des Stators 11 kleiner als der zweite Abstand A2 zwischen den Magneten 12A und dem Körper 100 des Stators 10. Gelangen der Rotor 11 und der Stator 10 somit in Berührung miteinander, dann erfolgt das an den Gleitflächen 130 der Gleitringe 13A- 13Dund nicht an den Magneten 12A, sodass die Magneten nicht beschädigt werden.

Die Gleitflächen 130 der Gleitringe 13A-13D bilden somit Gleitlager aus. Einer oder mehrere, insbesondere sämtliche der Gleitringe 13A-13D sind z.B. aus Polytetrafluorethylen, PTFE, hergestellt. Alternativ ist auch ein metallisches Material für einen, mehrere oder alle der Gleitringe 13A-13D denkbar. Eine mögliche Paarung für Werkstoffe einander gegenüberliegender (insbesondere aneinander gleitender) Bauteile (z.B. der jeweils ein Gleitlager ausbildenden Gleitringe 13A-13D) sind ein anodisiertes Material und ein Polymer (z.B. ein Polyamid, ein Polyoxymethylen oder eine Kombination aus diesen beiden, optional mit weiteren Zusatzstoffen).

Die Gleitringe erlauben (zumindest für eine vorgegebene Zeitdauer während der Benutzung) Gleitgeschwindigkeiten von mindestens 30 m/s. Die Gleitflächen 130 sind jeweils ringförmig.

In Figur 6 ist auch der (beiderseits) zwischen dem Stator 10 und dem Rotor 11 jeweils in axialer Richtung parallel zur Rotationsachse R erstreckte Spalt S zu erkennen, welcher die beiden genannten Abstände A1 , A2 aufweist.

Die elektrische Maschine 1 kann luftgekühlt sein oder eine (direkte oder indirekte) Kühlung aufweisen.

Ferner sei angemerkt, dass die Gleitringe 13A, 13B des Rotors in alternativen Ausgestaltungen auch ohne Überlapp mit den Magneten 12A montiert sein können.

Figur 7 zeigt einen Ausschnitt der Gleitringe 13A, 13B des Rotors 11 in der Draufsicht, wobei zur Veranschaulichung Magneten 12B gemäß Figur 5 eingesetzt sind, die also jeweils nur etwa die Hälfte der jeweiligen Aufnahmetasche 112 ausfüllen, wobei jeweils zwei der Magneten 12B in jeder Aufnahmetasche 112 angeordnet sind. In Figur 7 ist zu erkennen, wie die Magneten 12B an ihren inneren und äußeren Randbereichen durch die Gleitringe 13A, 13B überdeckt sind.

Je geringer der (zweite) Abstand A2 zwischen den Magneten 12A bzw. 12B und dem Stator 10 ausgebildet ist, desto besser können die magnetischen Kräfte zwischen Rotor 11 und Stator 10 wirken. Allerdings ist die Herstellung der Magneten 12A bzw. 12B insbesondere bei den hier zum Einsatz kommenden Neodym-Magneten (oder alternativ Samarium-Magneten) typischerweise mit nicht unerheblichen Toleranzen behaftet.

Figur 8 zeigt eine Möglichkeit derartige Toleranzen auf eine besonders einfache Art auszugleichen. Hierzu wird nach dem Einsetzen der Magneten 12A in die Aufnahmetaschen 112 des Magnetaufnahmebereichs 111 und dem anschließenden Befestigen der Gleitringe 13A, 13B am Rotor 11 ein Stempel 3 an jeden der Magneten 12A angesetzt und der jeweilige Magnet 12A wird mit dem Stempel 3 gegen die Gleitringe 13A, 13B gezogen. Dabei gelangt der jeweilige Magnet 12A in Berührung mit den Gleitringen 13A, 13B, und zwar an seiner (im zusammengebauten Zustand dem Stator 10 zugewandten) Oberfläche 123, konkret an seinen inneren und äußeren Rändern 120, 121.

Ein Freiraum F zwischen dem jeweiligen Magneten 12A und der Basis 110 wird sodann mit einem Füllmaterial 15 aufgefüllt, beispielsweise einem Harz. Das Füllmaterial 15 legt sich im gezeigten Beispiel an den inneren und äußeren Rändern 120, 121 der Magneten 12A an und zudem auch an einer der Oberfläche 123 abgewandten Rückseite der Magneten 12A. Das Füllmaterial 15 verhindert eine Bewegung der Magneten 12A und das Eindringen von Schmutz. Ferner kann das Füllmaterial 15 als Kleber dienen, um die Magneten 12A zusätzlich an der Basis 110 zu sichern.

Der Stempel 3 weist in einer besonders einfachen Ausgestaltung ein ferromagnetisches Material auf, um den jeweiligen Magneten 12A zu ziehen. Alternativ oder zusätzlich umfasst der Stempel 3 einen Permanentmagneten oder einen Elektromagneten.

Figur 9 veranschaulicht eine Ausgestaltung, bei der die Basis 110 eine Grundplatte PG umfasst, an welcher mehrere, hier drei, Stanzplatten PS (alternativ dazu nur zwei Stanzplatten oder nur eine Stanzplatte) befestigt sind, wobei der Magnetaufnahmebereich 111 (nur) durch die Stanzplatten PS ausgebildet ist. Hierdurch kann auf ein Fräsen der Basis 110 verhindert werden, indem in den Stanzplatten PS der Magnetaufnahmebereich 111 ausgestanzt wird. In diesem Fall sind maßgenaue Aufnahmetaschen 112 ohne Radien und seitliche Spalte möglich.

Zur genauen Positionierung können auch Öffnungen für Stifte 117 ausgestanzt werden, mittelst welchen die Stanzplatten PS präzise an der Grundplatte PG angeordnet werden können. Aneinander befestigt werden die Stanzplatten PS und die Grundplatte PG z.B. mittels Schweißen (und/oder Kleben). Die Stanzplatten PS und/oder die Grundplatte PG bestehen z.B. aus Stahl oder Titan.

Figur 10 zeigt ein Verfahren zur Herstellung des Rotors 11 der elektrischen Maschine 1 und umfasst die nachfolgenden Schritte (in dieser oder einer anderen Reihenfolge):

Schritt S100: Herstellen der Basis 110 mit dem konzentrisch zur Rotationsachse R angeordneten Magnetaufnahmebereich 111. Der Schritt des Herstellens der Basis 110 kann das Stanzen jeweils einer Öffnung in die eine oder die mehreren Stanzplatten PS und das Befestigen der einen oder mehreren Stanzplatten PS an der Grundplatte PG umfassen, derart, dass die Öffnung(en) der einen oder mehreren Stanzplatte(n) PS den Magnetaufnahmebereich 111 ausbilden. Alternativ dazu kann der Schritt des Herstellens der Basis 110 das Fräsen des Magnetaufnahmebereichs 111 in ein einstückiges Bauteil umfassen. Der Magnetaufnahmebereich 111 bildet die mehreren Aufnahmetaschen 112 aus, die um die Rotationsachse R herum abwechselnd näher zur Rotationsachse R und weiter weg von der Rotationsachse R angeordnet sind.

Schritt S101 : Einsetzen mehrerer Magneten 12A bzw. 12B in den Magnetaufnahmebereich 111. Die Magneten 12A bzw. 12B sind damit paarweise abwechselnd näher zur Rotationsachse R und weiter weg von der Rotationsachse R angeordnet. Hierfür wird z.B. zunächst die Basis 110 in einer Spannvorrichtung festgespannt. Dann wird z.B. jeder zweite Magnet (oder jedes zweite Magnetpaar) in den entsprechenden Aufnahmetaschen 112 montiert und temporär befestigt. Dann werden die übrigen Magneten in den entsprechenden Aufnahmetaschen 112 montiert

Schritt S102: Befestigen der Gleitringe 13A, 13B (im Allgemeinen zumindest eines Gleitrings) konzentrisch zur Rotationsachse R derart am Rotor 11 , dass ein Gleitring 13A mit den (in Bezug auf die Rotationsachse R) inneren Rändern 120 und ein Gleitring 13B mit den (in Bezug auf die Rotationsachse R) äußeren Rändern 121 der Magneten 12A bzw. 12B überlappt. Die Anordnung der Gleitringe 13A, 13B erfolgt dabei so, dass jeder der Magneten 12A bzw. 12B einen in radialer Richtung (senkrecht zur Rotationsachse R) vom Gleitring 13A, 13B beabstandeten Freibereich 122 aufweist, mit welchem keiner der Gleitringe überlappt. Die Befestigung der Gleitringe 13A, 13B erfolgt z.B. durch Verschrauben und/oder Nieten und/oder Kleben. Bei einer Schweißverbindung mit Hilfe eines elektrischen Schweißstromes würde das Magnetfeld den Schweißstrahl regelmäßig unkontrolliert ablenken. Weitere stoffschlüssige Verbindungen sollten durch die dabei entstehenden Temperaturen ausgeschlossen werden, um die Magnetisierung durch den Wärmeinfluss nicht zu beeinflussen und das Magnetmaterial durch den Wärmeeintrag nicht zu schädigen. Hierbei wird z.B. zunächst einer der Gleitringe 13A, 13B montiert, dann die temporäre Befestigung verschoben und dann der andere der Gleitringe 13A, 13B montiert und die temporären Befestigungen demontiert.

Schritt S103: Ziehen der Magneten 12A bzw. 12B gegen die Gleitringe 13A, 13B. Dabei werden die Magneten 12A bzw. 12B insbesondere mit einem ferromagnetischen Stempel 3 gezogen. Alternativ oder zusätzlich umfasst der Stempel 3 einen Permanentmagneten oder einen Elektromagneten.

Der Schritt S103 kann auch vor dem Schritt S102 durchgeführt werden, wobei z.B. temporäre Hilfsmittel verwendet werden können.

Schritt S104: Auffüllen eines Raumes an jeder der Aufnahmetaschen 112 des Rotors 11 , insbesondere des Freiraums F zwischen jedem der Magneten 12A bzw. 12B und der Basis 110 des Rotors 11 mit dem Füllmaterial 15.

Optional wird der Schritt S104 vor dem Schritt S102 und/oder vor dem Schritt S103 durchgeführt. Beispielsweise wird folgende Reihenfolge gewählt: S100, S101 , S103, S104, S102. Alternativ wird z.B. folgende Reihenfolge gewählt: S100, S101 , S102, S103, S104.

Bezugszeichenhste

1 elektrische Maschine

10 Stator

100 Körper

101 Spule

11 Rotor

110 Basis

111 Magnetaufnahmebereich

112 Aufnahmetasche

113 Seitenkante

114 Spalt

115 Radius

116 Vorsprung

117 Stift

12A; 12B Magnet

120 innerer Rand

121 äußerer Rand

122 Freibereich

123 Oberfläche

13A-13D Gleitring

130 Gleitfläche

14 Welle

15 Füllmaterial

2 Luftfahrzeug

20 Rumpf

21 Flügel

22 Rotoreinheit

221 Rotorschaufel

3 Stempel

A1 , A2 Abstand

F Freiraum

PG Grundplatte

PS Stanzplatte Rotationsachse

Spalt