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 JP2021125955 A2 bekannt, mit einem um eine Rotorachse drehbaren Rotorkörper, insbesondere einem Rotorblechpaket, der von einer Rotorhülse umschlossen ist und mehrere Rotorpole aufweist, wobei mehrere der Rotorpole jeweils zumindest eine Magnettasche zur Aufnahme von Magneten, insbesondere Permanentmagneten, aufweisen, wobei radial außerhalb der jeweiligen Magnettasche jeweils ein Polaußensegment und radial innerhalb der jeweiligen Magnettasche jeweils ein Polinnensegment gebildet ist, wobei Magnettaschen vorgesehen sind, bei denen das jeweilige Polaußensegment über am Außenumfang liegende Umfangs-Brückenstege mit dem jeweiligen Polinnensegment verbunden ist. Nachteiligerweise kann in den Magnettaschen bezüglich einer Taschenhöhe ein Spiel zwischen den Magnettaschen und den in den Magnettaschen angeordneten Magneten verbleiben, wodurch die Leistung und das maximale Drehmoment der elektrischen Maschine verringert wird. Außerdem kann das verbliebene Spiel dazu führen, dass sich die Magnete unter Drehzahl in den Magnettaschen bewegen und dabei beschädigt werden, insbesondere an ihrer Magnetisolation, was zu höheren Verlusten führen würde.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Rotor einer elektrischen Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Leistung und das maximale Drehmoment der elektrischen Maschine erhöht wird, indem das bezüglich der Taschenhöhe zunächst ausgebildete Spiel in den Magnettaschen nachträglich verringert wird. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem mehrere der Umfangs-Brückenstege in den Rotorpolen des Rotors durch eine mechanische Vorspannung der Rotorhülse verformt sind zur Verringerung eines Spiels zwischen den Magnettaschen und den in den Magnettaschen angeordneten Magneten, insbesondere zum Einklemmen der Magnete in den Magnettaschen. Das Einklemmen der Magnete in den Magnettaschen erfolgt, wenn das Spiel in den Magnettaschen auf Null verringert ist und eine Restvorspannung zum Einklemmen der Magnete verbleibt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Rotors der elektrischen Maschine möglich.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung kann die mechanische Vorspannung der Rotorhülse durch Aufwickeln einer Faserwicklung einer als Faserverbundhülse ausgebildeten Rotorhülse auf den Rotorkörper erzeugt werden und/oder alternativ durch Einspritzen einer auszuhärtenden Moldmasse unter Hochdruck in die Magnettaschen. Das Einspritzen der Moldmasse kann die Rotorhülse vorspannen oder noch weiter vorspannen und insbesondere nach dem Wickeln der Faserwicklung erfolgen.

Sehr vorteilhaft ist, wenn eine Stegbreite der verformten bzw. zu verformenden Umfangs-Brückenstege derart ausgebildet ist, dass eine Verformbarkeit unter der Vorspannung der Rotorhülse erreicht ist, wobei die Stegbreite insbesondere kleiner als 0,8mm beträgt.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die zu verformenden Umfangs-Brückenstege und die zwischen den zu verformenden Umfangs-Brückenstegen liegenden Polaußensegmente vor der Verformung der Umfangs- Brückenstege radial nach außen vorspringen, insbesondere um das Maß des zu verringernden Spiels in der Magnettasche und insbesondere mittels einer stufenlosen Zunahme einer radialen Erstreckung des Außenumfangs des Rotorkörpers. Bei dem Spiel in der jeweiligen Magnettasche handelt es sich jeweils um einen Fügespalt, der zum Fügen bzw. Einstecken der Magnete in die Magnettaschen vorgehalten ist. Durch das radiale Vorspringen der zu verformenden Umfangs-Brückenstege und der zugehörigen Polaußensegmente ist in den Magnettaschen zunächst ein ausreichendes Spiel zum reibungslosen Einsetzen der Magnete in die Magnettaschen vorhanden. Beim Erzeugen der mechanischen Vorspannung, also beispielsweise beim Aufbringen der Rotorhülse auf den Außenumfang des Rotorkörpers, wird das Spiel in den Magnettaschen nachträglich gezielt durch die radial vorspringenden Bereiche verringert.

Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die radial vorspringenden Bereiche am Außenumfang des Rotorkörpers durch eine spielverringernde radiale Verschiebung der Polaußensegmente geglättet sind zu einem zylinderförmigen Außenumfang. Auf diese Weise wird ein konstanter Luftspalt zwischen dem Rotor und einem Stator der elektrischen Maschine und eine homogene Druckverteilung in der Rotorhülse entlang deren Umfang erreicht. Außerdem wird durch die radiale Verschiebung der Polaußensegmente das Spiel in den Magnettaschen verringert, so dass die Leistung und das maximale Drehmoment der elektrischen Maschine erhöht wird.

Sehr vorteilhaft ist es, wenn die Magnettaschen mit zu verformenden Umfangs- Brückenstegen vor der Verformung der Brückenstege eine Taschenhöhe aufweisen, die derart ausgebildet ist, dass die Magnete bezüglich der Taschenhöhe mit Spiel in die jeweilige Magnettasche einsetzbar sind. Auf diese Weise können die Magnete reibungsfrei in die Magnettaschen eingesetzt werden, so dass eine Beschädigung der Magnetoberflächen vermieden wird. Die Erfindung ermöglicht es, das vorgehaltene Spiel in den Magnettaschen des Rotors nachträglich deutlich zu verringern, so dass eine elektrische Maschine mit hoher Leistung und hohem maximalen Drehmoment erzielt werden kann.

Auch vorteilhaft ist, wenn die Magnettasche zur Aufnahme eines V-förmigen, C- förmigen, U-förmigen oder bogenförmigen Magnetlayers umfassend mehrere Magnete vorgesehen und radialsteglos ausgebildet ist, insbesondere keinen in radialer Richtung verlaufenden Radial-Brückensteg im Bereich einer Polmitte des jeweiligen Rotorpols aufweist. Auf diese Weise wird für Magnetlayer die radiale Verschiebbarkeit der Polaußensegmente erreicht, unter Verformung der jeweiligen Umfangs-Brückenstege.

Desweiteren vorteilhaft ist, wenn radial außerhalb des jeweiligen Magnetlayers eine weitere Magnettasche vorgesehen ist, insbesondere zur Aufnahme eines einzelnen Magneten. Auf diese Weise kann die Leistung und das maximale Drehmoment der elektrischen Maschine noch weiter erhöht werden. Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn in der jeweiligen Magnettasche Haltemittel, insbesondere Haltenasen, zur Positionierung der Magnete in der jeweiligen Magnettasche ausgebildet sind. Auf diese Weise werden die Magnete in den Magnettaschen in der richtigen Position gehalten. Ein Ausfüllen der in den Magnettaschen vorliegenden Hohlräume mit einer Moldmasse oder einem Kleber kann entfallen.

Vorteilhaft ist, wenn die Magnete jeweils mit einem Kleber an zumindest einer Breitseite der jeweiligen Magnettasche befestigt sind, insbesondere an der dem jeweiligen Polaußensegment zugewandten Breitseite. Eine ausreichend hohe Vorspannung der Rotorhülse vermeidet, dass die Magnete beim Rotieren des Rotors aufgrund der Fliehkräfte gegen die Haltemittel gedrückt und dadurch lokal mechanisch auf Druck belastet werden. Der erfindungsgemäße Ausführung mit dem Kleber erlaubt es, die Vorspannung der Rotorhülse zu verringern.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig.l zeigt einen Rotor einer elektrischen Maschine, bei der die Erfindung Anwendung finden kann,

Fig.2 eine Detailansicht eines Details I nach Fig.l vor einer erfindungsgemäßen Verformung der Brückenstege und

Fig.3 eine Detailansicht eines Details I nach Fig.l nach einer erfindungsgemäßen Verformung der Brückenstege.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig.l zeigt einen erfindungsgemäßen Rotor einer elektrischen Maschine mit erfindungsgemäß verformten Brückenstegen.

Der erfindungsgemäße Rotor 1 einer elektrischen Maschine 2 umfasst einen um eine Rotorachse 3 drehbaren Rotorkörper 4, insbesondere ein Rotorblechpaket, der von einer Rotorhülse 5 umschlossen ist und mehrere Rotorpole 6 aufweist. Der Rotorkörper 4 ist beispielsweise auf einem Rotorträger 9, beispielsweise einer Rotorwelle, angeordnet und mit dem Rotorträger 9 kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden.

In zumindest mehreren der Rotorpole 6, insbesondere in allen Rotorpolen 6, ist jeweils zumindest eine Magnettasche 7 zur Aufnahme von Magneten 8, insbesondere Permanentmagneten, vorgesehen. Nach dem Ausführungsbeispiel sind in zumindest einem der Rotorpole 6, beispielsweise allen Rotorpolen 6 jeweils zwei Magnettaschen 7 vorgesehen, von denen die radial innere Magnettasche 7 beispielsweise zur Aufnahme eines V-förmigen, C-förmigen, U-förmigen oder bogenförmigen Magnetlayers 18 umfassend mehrere Magnete 8 ausgebildet ist und von denen die radial äußere Magnettasche 7 zur Aufnahme eines einzelnen Magneten 8 (bezüglich einem Querschnitt der Magnettasche 7 nach Fig.l) vorgesehen ist. Der jeweilige Rotorpol 6 kann alternativ zur Ausführung nach Fig.l nur die radial äußere Magnettasche 7 nach Fig.l oder nur die radial innere Magnettasche 7 nach Fig.l umfassen.

Im jeweiligen Rotorpol 6 ist bezüglich der Rotorachse 3 radial außerhalb der jeweiligen Magnettasche 7 jeweils ein Polaußensegment 10 und radial innerhalb derselben Magnettasche 7 jeweils ein Polinnensegment 11 gebildet. Bei zumindest mehreren der Magnettaschen 7 ist das jeweilige Polaußensegment 10 über am Außenumfang des Rotors 1 liegende Umfangs- Brückenstege 12 mit dem jeweiligen Polinnensegment 11 desselben Rotorpols 6 verbunden.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mehrere der Umfangs-Brückenstege 12 in den Rotorpolen 6 des Rotors 1 durch eine mechanische Vorspannung der Rotorhülse 5 verformt sind zur Verringerung eines Spiels 13 zwischen den Magnettaschen 7 und den in den Magnettaschen 7 angeordneten Magneten 8, insbesondere zum Einklemmen der Magnete 8 in den Magnettaschen 7.

Die mechanische Vorspannung der Rotorhülse 5 kann durch Aufwickeln einer Faserwicklung einer als Faserverbundhülse ausgebildeten Rotorhülse 5 auf den Rotorkörper 4 oder alternativ durch Einspritzen einer auszuhärtenden Moldmasse unter Hochdruck in die Magnettaschen 7 erzeugt sein. Eine Stegbreite B der verformten bzw. zu verformenden Umfangs-Brückenstege 12 ist derart ausgebildet, dass eine Verformbarkeit unter der Vorspannung der Rotorhülse 5 erreicht ist. Insbesondere ist die Stegbreite B der verformten bzw. zu verformenden Umfangs-Brückenstege 12 im Bereich kleiner als 0,8mm vorgesehen.

Im Falle einer für einen Magnetlayer 18 ausgebildeten Magnettasche 7 ist erfindungsgemäß vorgesehen, diese radialsteglos auszuführen. Darunter ist zu verstehen, dass der Magnetlayer 7 keinen in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse 3 verlaufenden Radial-Brückensteg im Bereich einer Polmitte 6.1 des jeweiligen Rotorpols 6 aufweist.

Fig.2 zeigt eine Detailansicht eines Details I nach Fig.l vor einer erfindungsgemäßen Verformung der Brückenstege.

Die zu verformenden Umfangs-Brückenstege 12 und die zwischen den zu verformenden Umfangs-Brückenstegen 12 liegenden Polaußensegmente 10 sind vor der Verformung radial nach außen vorspringend ausgeführt gegenüber den übrigen Außenumfangsbereichen, insbesondere um das Maß des zu verringernden Spiels 13 in der jeweiligen Magnettasche 7 und insbesondere mittels einer stufenlosen Zunahme einer radialen Erstreckung des Außenumfangs des Rotorkörpers 4. Das radiale stufenlosen Vorspringen kann beispielsweise mit einem kontinuierlichen Übergang oder mit einer schrägen Rampe in der Kontur des Außenumfangs erfolgen. Die Blechlamellen des Rotorblechpakets 4 werden mit den vorspringenden Bereichen 10,12 in der Kontur des Außenumfangs ausgeschnitten oder ausgestanzt.

Die Magnettaschen 7 mit zu verformenden Umfangs-Brückenstegen 12 haben vor der Verformung der Brückenstege 12 eine Taschenhöhe H, die derart ausgebildet ist, dass die Magnete 8 bezüglich der Taschenhöhe H mit Spiel 13 in die jeweilige Magnettasche 7 einsetzbar sind.

In der jeweiligen Magnettasche 7 können Haltemittel 14, insbesondere Haltenasen, zur Positionierung der Magnete 8 in der jeweiligen Magnettasche 8 vorgesehen sein. Außerdem können die Magnete 8 jeweils mit einem Kleber 15 an zumindest einer Breitseite 7.1 der jeweiligen Magnettasche 7 befestigt sein, insbesondere an der dem jeweiligen Polaußensegment 10 zugewandten Breitseite 7.1. Fig.3 zeigt eine Detailansicht eines Details I nach Fig.l nach einer erfindungsgemäßen Verformung der Brückenstege.

Durch das erfindungsgemäße Aufbringen der mechanischen Vorspannung werden die radial vorspringenden Bereiche 12,10 am Außenumfang des Rotorkörpers 4 durch eine spielverringernde radiale Verschiebung der Polaußensegmente 10 geglättet zu einem zylinderförmigen Außenumfang. Die verformten Umfangs- Brückenstege 12 sind durch diese Glättung lokal nach radial innen ausgewichen, beispielsweise unter Bildung einer Delle oder Einbuchtung.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Rotors 1 werden die Magnete 8 mit dem erfindungsgemäßen Spiel in die Magnettaschen 7 des Rotorkörpers 4 eingesetzt. Die Magnete 8 können eine Isolationsbeschichtung haben. Alternativ können Magnete 8 ohne Isolationsbeschichtung verwendet werden und beim Einsetzen in die Magnettaschen 7 mit einem Isolationspapier, einer Isolationsfolie oder einem Isolationslaminat gegenüber dem Rotorkörper 4 isoliert werden. Nach dem Einsetzen der Magnete 8 wird beispielsweise eine Faserwicklung 5.1 zur Herstellung der als Faserverbundhülse ausgebildeten Rotorhülse 5 unter Vorspannung auf den Rotorkörper 4 aufgewickelt, wodurch die Kontur des Außenumfangs des Rotors 1, insbesondere im Bereich der radial vorspringenden Bereiche 12,10, radial nach innen verformt wird unter Verformung der Umfangs-Brückenstege 12 und unter Verringerung des Spiels in den Magnettaschen 7. Durch das Wickeln der Faserwicklung 5.1 der Rotorhülse 5 werden die Magnete 8 in den Magnettaschen 7 beispielsweise eingeklemmt, ggf. zusammen mit dem Isolationspapier, -folie, -laminat. Nach dem Wickeln der Faserwicklung 5.1 können die Windungen der Faserwicklung 5.1 durch ein aushärtbares Verbundmaterial 5.2 miteinander verbunden.