Titel

Rotor einer elektrischen Maschine

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Rotor einer elektrischen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist schon ein Rotor einer elektrischen Maschine aus der US2009146519 Al bekannt, mit einem um eine Rotorachse drehbaren Rotorträger und einem Rotorblechpaket, das einen helixförmig um den Rotorträger gewickelten Blechstreifen umfasst, wobei der Blechstreifen in Längsrichtung hintereinander angeordnete Magnettaschen-Ausnehmungen zur Bildung von Magnettaschen im Rotorblechpaket aufweist, wobei die Magnettaschen zur Aufnahme von Magneten, insbesondere Permanentmagneten, vorgesehen sind, wobei der Blechstreifen Blechsegmente aufweist, die über Verbindungsabschnitte einstückig miteinander verbunden sind, wobei die Verbindungsabschnitte zum Umbiegen ausgebildet sind beim Wickeln, insbesondere Hochkantrollen, des Blechstreifens um den Rotorträger. Die Verbindungsabschnitte sind filmscharnierförmig bzw. als separater bogenförmiger Steg ausgebildet, wodurch beim Ausstanzen oder Ausschneiden der Blechsegmente vergleichsweise viel Blechverschnitt entsteht, der die Materialkosten und somit die Herstellungskosten für das Rotorblechpaket erhöht.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Rotor einer elektrischen Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass der Blechverschnitt und die Materialkosten zur Herstellung des Rotorblechpakets verringert werden, indem die Magnettaschen-Ausnehmungen im Blechstreifen Querschnittsverengungen bilden, durch die die Verbindungsabschnitte gebildet sind. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Rotors einer elektrischen Maschine möglich.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die Magnettaschen-Ausnehmungen nach einem ersten Ausführungsbeispiel zu einer dem Rotorträger abgewandten Außenseite des Blechstreifens hin offen ausgebildet sind und dass in die offenen Magnettaschen des Rotorblechpakets jeweils separate Außensegmentkörper zum Führen des magnetischen Flusses und zum Abstützen der Magnete eingesetzt sind. Auf diese Weise kann das Rotorblechpaket aus einem einfach gestalteten Blechstreifen aufgebaut werden. Zudem können die Magnete in einfacher Weise in radialer Richtung montiert werden. Ein Einschieben der Magnete in axialer Richtung entfällt und eine Beschädigung der Magnetisolation bzw. -beschichtung kann vermieden werden.

Weiterhin vorteilhaft ist, wenn nach einem zweiten Ausführungsbeispiel an den Querschnittsverengungen des Blechstreifens jeweils ein Außenblechsegment vorgesehen, insbesondere einstückig ausgebildet, ist, das ein Paar von Magnettaschen-Ausnehmungen nach radial außen hin begrenzt und insbesondere einen Steg und ein am Steg gehaltenes kreissektorförmiges Blechsegment umfasst. Auf diese Weise sind keine separat hergestellten Außensegmente erforderlich. Der Steg kann die auf das Außenblechsegment und die Magnete wirkenden Fliehkräfte aufnehmen und damit die mechanische Festigkeit gewährleisten.

Sehr vorteilhaft ist es, wenn die Außensegmentkörper gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aus Soft-Magnetic-Composit (SMC)-Material hergestellt sind und sich jeweils in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse erstrecken. Auf diese Weise müssen die Außensegmentkörper nicht aus einzelnen Blechlamellen aufgebaut werden. Das Paketieren kleiner Blechstapel zur Bildung der Außensegmentkörper kann damit entfallen. Die Geometrien der Außensegmentkörper sind sehr gut aus SMC-Pulver pressbar.

Auch vorteilhaft ist, wenn das Rotorblechpaket an seiner dem Rotorträger abgewandten Außenseite von einer Rotorhülse umschlossen ist zum Abstützen der Außensegmentkörper oder der Außenblechsegmente. Auf diese Weise werden die Magnete zuverlässig in den Magnettaschen gehalten. Außerdem wird die Drehzahlfestigkeit des Rotors erhöht.

Desweiteren vorteilhaft ist, wenn die Rotorhülse eine Faserverbundhülse ist, die eine Faserwicklung, insbesondere aus Glasfaser oder Carbonfaser, und ein ausgehärtetes Verbundmaterial zur Einbettung der Faserwicklung umfasst und deren Faserwicklung insbesondere unter Vorspannung aufgewickelt ist. Auf diese Weise wird die Drehzahlfestigkeit des Rotors erhöht. Das Rotorblechpaket allein hat eine vergleichsweise geringe Drehzahlfestigkeit, da die erfindungsgemäßen Querschnittsverengungen im Blechstreifen zur Erreichung einer entsprechenden Biegsamkeit für das Hochkantrollen schmal ausgebildet sein müssen.

Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn von den Querschnittsverengungen der Magnettaschen-Ausnehmungen jeweils Stützflächen zur Abstützung der Magnete ausgehen, die sich von der jeweiligen Querschnittsverengung ausgehend in entgegengesetzter Umfangsrichtung unter einem schrägen Winkel zur Längserstreckung des Blechstreifens erstrecken, insbesondere V-förmig. Durch die V-förmige Anordnung der Magnete kann ein magnetisch leitfähiger Außensegmentkörper über den Magneten eingesetzt werden. Dieser Außensegmentkörper hat die Funktion, die Magnete abzustützen und den Raum zu einer Bandage auszufüllen. Zudem kann durch dessen magnetische Leitfähigkeit der Fluss durch dieses Element besser geführt werden.

Vorteilhaft ist, wenn pro Rotorpol ein V-förmiger Magnetlayer vorgesehen ist, dessen Magnete in einer oder zwei Magnettaschen des Rotorblechpakets angeordnet sind. Auf diese Weise wird das maximale Drehmoment der elektrischen Maschine erhöht, insbesondere wird das Reluktanzmoment hierdurch vergrößert.

Außerdem vorteilhaft ist, wenn der helixförmig aufgewickelte Blechstreifen des Rotorblechpakets an seiner dem Rotorträger zugewandten Innenseite Formschlusselemente, insbesondere Ausnehmungen oder Vorsprünge, aufweist zum formschlüssigen Zusammenwirken mit korrespondierenden Gegenformschlusselementen, insbesondere Ausnehmungen bzw. Vorsprüngen, des Rotorträgers. Auf diese Weise wird zur Übertragung von Drehmoment eine zuverlässige Formschlussverbindung zwischen dem Rotorblechpaket und dem Rotorträger erzeugt. Zusätzlich können die Formschlusselemente der korrekten Positionierung der Blechsegmente beim helixförmigen Wickeln des Rotorblechpakets dienen.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig.l zeigt einen erfindungsgemäßen

Rotor,

Fig.2 ein Rotorblechpaket nach Fig.l gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem Rotorträger nach Fig.l und Fig.3 ein Rotorblechpaket nach Fig.l gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einem Rotorträger nach Fig.l.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig.l zeigt einen erfindungsgemäßen Rotor.

Der erfindungsgemäße Rotor 1 einer elektrischen Maschine 2 weist einen um eine Rotorachse 3 drehbaren Rotorträger 4 und ein auf dem Rotorträger 4 angeordnetes Rotorblechpaket 5 auf. Der Rotorträger 4 kann beispielsweise eine Rotorwelle oder ein auf der Rotorwelle gelagerter Zwischenkörper sein. Das Rotorblechpaket 5 umfasst einen helixförmig um den Rotorträger 4 verlaufenden Blechstreifen 6, der eine Vielzahl von in Längsrichtung hintereinander angeordneten Magnettaschen-Ausnehmungen 7 zur Bildung von Magnettaschen 8 im Rotorblechpaket 5 aufweist und beispielsweise aus Elektroblech hergestellt ist. Die Magnettaschen 8 sind zur Aufnahme von Magneten 9, insbesondere Permanentmagneten, vorgesehen. Die einzelnen Lagen des helixförmig gewickelten Rotorblechpakets 5 sind beispielsweise durch Verkleben mit einem Kleber oder einem Backlack oder durch Verschweißen miteinander verbunden.

Der Blechstreifen 6 kann ein sogenannter Endlosstreifen sein, der beispielsweise ausgestanzt ist. Der Blechstreifen 6 wird bei der Herstellung des Rotorblechpakets 5 beispielsweise zunächst um einen zylinderförmigen Hilfskörper gewickelt und nachfolgend auf dem Rotorträger 4 montiert.

Fig.2 zeigt ein Rotorblechpaket nach Fig.l gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem Rotorträger nach Fig.l.

Der Blechstreifen 6 umfasst Blechsegmente 10, die durch die Magnettaschen- Ausnehmungen 7 gebildet und über Verbindungsabschnitte 11 einstückig miteinander verbunden sind. Die Verbindungsabschnitte 11 sind zum Umbiegen ausgebildet beim helixförmigen Wickeln, insbesondere Hochkantrollen, des Blechstreifens 6 um den Rotorträger 4.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Magnettaschen-Ausnehmungen 7 im Blechstreifen 6 Querschnittsverengungen 12 bilden, durch die die Verbindungsabschnitte 11 gebildet sind.

Die Querschnittsverengungen 12 sind derart verengt, dass ein plastisches Verformen der Verbindungsabschnitte 11 beim Hochkantrollen des Blechstreifens 6 um den Rotorträger 4 ermöglicht ist. Um ein Hochkantrollen des Blechstreifens zu vereinfachen, kann die Querschnittsverengung 12 beispielsweise eine radiale Ausdehnung besitzen, die kleiner als 10%, insbesondere 5%, des inneren Durchmessers des fertigen Rotorblechpaketes 5 ist.

Nach dem ersten Ausführungsbeispiel in Fig.l und Fig.2 sind die Magnettaschen- Ausnehmungen 7 zu einer dem Rotorträger 4 abgewandten Außenseite 6a des Blechstreifens 6 hin offen ausgebildet. In die auf diese Weise gebildeten offenen Magnettaschen 8 des Rotorblechpakets 5 sind jeweils separate Außensegmentkörper 15 zum Abstützen der Magnete 9 und zur Flussführung eingesetzt. Die Außensegmentkörper 15 können ein Blechpaket oder aus Soft- Magnetic-Composit (SMC)-Material hergestellt sein und erstrecken sich jeweils in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse 3. Fig.3 zeigt ein Rotorblechpaket nach Fig.l gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einem Rotorträger nach Fig.l.

An den Querschnittsverengungen 12 des Blechstreifens 6 ist nach dem zweiten Ausführungsbeispiel jeweils ein Außenblechsegment 16 vorgesehen, das ein Paar von Magnettaschen-Ausnehmungen 7 bezüglich der Rotorachse 3 nach radial außen hin begrenzt und beispielsweise einen Steg 16.1 sowie ein am Steg 16.1 gehaltenes kreissektorförmiges Blechsegment 16.2 umfasst. Das Außenblechsegment 16 ist beispielsweise einstückig am Blechstreifen 6 ausgeführt.

Das Rotorblechpaket 5 ist für beide Ausführungsbeispiele nach Fig.2 und Fig.3 an seiner dem Rotorträger 4 abgewandten Außenseite 5a von einer Rotorhülse 17 umschlossen zum Abstützen der Außensegmentkörper 15 bzw. der Außenblechsegmente 16. Die Rotorhülse 17 ist beispielsweise eine Faserverbundhülse, die eine Faserwicklung, insbesondere aus Glasfaser oder Carbonfaser, und ein ausgehärtetes Verbundmaterial zur Einbettung der Faserwicklung umfasst und deren Faserwicklung beispielsweise unter Vorspannung aufgewickelt ist.

Von den erfindungsgemäßen Querschnittsverengungen 12 der Magnettaschen- Ausnehmungen 7 gehen jeweils Stützflächen 18 zur Abstützung der Magnete 9 aus, die sich von der jeweiligen Querschnittsverengung 12 ausgehend in entgegengesetzter Umfangsrichtung unter einem schrägen Winkel a zur Längserstreckung des Blechstreifens 6 erstrecken, insbesondere V-förmig. Pro Rotorpol 20 des Rotors 1 ist auf diese Weise ein V-förmiger Magnetlayer 21 gebildet, dessen Magnete 9 in einer oder zwei Magnettaschen 8 des Rotorblechpakets 5 angeordnet sind.

Der helixförmig aufgewickelte Blechstreifen 6 des Rotorblechpakets 5 hat an seiner dem Rotorträger 4 zugewandten Innenseite 6i Formschlusselemente 22, beispielsweise Ausnehmungen oder Vorsprünge, zum formschlüssigen Zusammenwirken mit korrespondierenden Gegenformschlusselementen 23 des Rotorträgers 4. Die Gegenformschlusselemente 23 sind als Ausnehmung bzw. Vorsprung ausgeführt.