Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine Synchronmaschine, insbesondere eine Reluktanzmaschine, umfassend ein zylinderförmig aufgebautes weichmagnetisches Element, wobei das weichmagnetische Element Aussparungen zur Ausbildung von magnetischen Flusssperren aufweist, die eine gerade Anzahl von ausgeprägten magnetischen Polen ausbilden.

Üblicherweise werden Rotoren für Synchron-Reluktanzmaschinen mit einem zylinderförmigen weichmagnetischen Element ausgestattet, das koaxial auf der Rotorachse angeordnet wird. Zur Ausbildung mindestens eines Polpaares bzw. Lückenpaares um- fasst das weichmagnetische Element Flussleit- sowie Fiusssperrabschnitte, die sich gegenseitig in einer unterschiedlich stark ausgeprägten magnetischen Permeabilität unterscheiden. Der Abschnitt mit großer magnetischer Leitfähigkeit wird bekannterweise als d-Achse des Rotors und der Abschnitt mit vergleichsweise geringerer Leitfähigkeit als q-Achse des Rotors gekennzeichnet. Eine optimale Drehmomentausbeute stellt sich dann ein, wenn die d-Achse eine möglichst große magnetische Leitfähigkeit und die q- Achse eine möglichst niedrige magnetische Leitfähigkeit aufweist.

Erreicht wird diese Voraussetzung oftmals durch die Ausbildung von mehreren mit Luft gefüllten Aussparungen im weichmagnetischen Element entlang der q-Achse, wodurch der magnetische Fiuss in Richtung der q-Achse gehemmt wird und folglich die Permeabilität sinkt. Das so aufgebaute weichmagnetische Element wird anschließend auf eine Rotorwelle aufgebracht und axial sowie tangential fixiert. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen derart ausgeprägten Rotor für eine Synchronmaschine, insbesondere für eine Reluktanzmaschine, weiterzuentwickeln, um das Verhältnis der unterschiedlich stark ausgeprägten magnetischen Permeabilitäten entlang der d- und q-Achse zu optimieren. Weiterhin setzt sich die Erfindung zum Ziel, den Aufbau eines derartigen Rotors weiterzuentwickeln, um insbesondere seine Herstellung zu vereinfachen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Rotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorge- schlagen. Weitere vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Rotors sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche 2 bis 10.

Zur Lösung der Aufgabe ist nun vorgesehen, dass wenigstens eine Aussparung innerhalb des zylinderförmig aufgebauten weichmagnetischen Elementes anstelle von Luft zumindest teilweise mit einem diamagnetischen oder paramagnetischen Medium gefüllt ist. Insbesondere durch die Wahl eines diamagnetischen Mediums anstelle von Luft kann die Differenz der Permeabilität zwischen der q- und d-Achse vergrößert werden.

Bevorzugt sind die Aussparungen vollständig mit dem diamagnetischen Medium ausge- füllt. Insbesondere können alle Aussparungen des weichmagnetischen Elementes vollständig mit dem diamagnetischen oder paramagnetischen Medium ausgefüllt sein. Hier ist es insbesondere von Vorteil, wenn das gesamte diamagnetische oder paramagnetische Medium lediglich ein einziges Bauteil darstellt. Weiterhin kann das erfindungsgemäße diamagnetische oder paramagnetische Medium auch als konstruktives Element zum Aufbau des Rotors eingesetzt werden. In diesem Fall stellt das diamagnetische oder paramagnetische Medium ein Trägermedium zur Aufnahme des weichmagnetischen Elementes dar, wobei die Funktion des Mediums als Träger insbesondere bei einer einteiligen Ausführung des diamagnetischen oder para- magnetischen Mediums von Vorteil ist. Vorzugsweise kann das weichmagnetische Element mit Hilfe des diamagnetischen oder paramagnetischen Trägermediums sehr einfach in axialer Richtung auf der Rotorwelle fixiert werden. Die aus dem Stand der Technik bekannten metallischen Endscheiben zur Fixierung eines derartigen weichmagnetischen Elementes auf der Rotorachse sind überflüssig und können vollständig durch das verwendete diamagnetische oder paramagnetische Me- dium ersetzt werden. Insbesondere können an den Endflächen des zylinderförmigen weichmagnetischen Elementes Endscheiben aus dem diamagnetischen oder paramagnetischen Medium gebildet sein, die zur Fixierung des weichmagnetischen Elementes in axialer Richtung auf der Rotorwelle dienen. Die bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Rotors ermöglicht es, dass die magnetische Sperrwirkung sowie die axiale Fixierung des weichmagnetischen Elementes durch ein einziges Bauteil, das diamagnetische oder paramagnetische Trägermedium, ausgeführt wird. Folglich bildet das diamagnetische oder paramagnetische Trägermedium zusammen mit dem weichmagnetischen Element die beiden einzigen Kom- ponenten des erfindungsgemäßen Verbundrotors.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors ist das weichmagnetische Element ein Blechpaket, das - wie aus dem Stand der Technik bekannt - aus mehreren in axialer Richtung des Rotors aufeinander gestapelter Bleche aufgebaut ist. Diese Bauweise verhindert das Auftreten von Wirbelströmen im weichmagnetischen Element. Alternativ bietet sich eine Herstellung des verwendeten weichmagnetischen Elementes nach einem pulvermetallurgischen Verfahren an.

Das Biechpaket besteht aus einzelnen Blechschnitten, wobei jedes einzelne entlang der q-Achse mehrere mit einem diamagnetischen oder paramagnetischen Medium gefüllte Flusssperren aufweist. Insbesondere bietet sich ein Aufbau des Blechpaketes nach der U.S. 5,818, 140 an, auf die in diesem Zusammenhang ausdrücklich Bezug genommen wird. Die entsprechenden Aussparungen, d. h. die gebildeten Flusssperren, sind dann nach der Lehre der vorliegenden Erfindung mit einem diamagnetischen oder paramag- netischen Medium anstelle von Luft gefüllt. Vorzugsweise können wenigstens zwei benachbarte Bleche des Blechpaketes in axialer Richtung zueinander beabstandet angeordnet sein. In diesem Fall kann der gebildete Zwischenraum zwischen den benachbarten Blechschnitten zumindest teilweise durch das diamagnetische oder paramagnetische Medium gefüllt sein. Diese bevorzugte Bauweise des Rotors erhöht die Stabilität des Rotors im Betrieb. Die auftretenden Radialkräfte auf dem Motor werden durch das diamagnetische oder paramagnetische Trägermedium aufgenommen. Oftmals verwendete radiale Tragrippen innerhalb der einzelnen Bleche, welche bisher in bestimmten Ausführungen zur radialen Versteifung des Blechpaketes erforderlich waren, sind unnötig.

Vorzugsweise füllt das diamagnetische oder paramagnetische Trägermedium den gesamten gebildeten zylindrischen Zwischenraum zwischen einzelnen Blechen in kontinuierlicher Weise aus. Möglich ist es, dass in regelmäßigen Abständen in axialer Richtung des Blechpakets jeweils zwei Bleche beabstandet zueinander angeordnet sind um zusätzlichen Raum für das diamagnetische oder paramagnetische Medium zu schaffen.

Denkbar ist es ebenfalls, dass die beabstandete Anordnung zweier benachbarter Ble- che durch Einfügen eines Distanzelementes erzielt wird. Vorzugweise werden ringförmige Distanzelemente eingesetzt, wobei der in radialer Richtung oberhalb der Distanzelemente liegende Zwischenraum durch das diamagnetische oder paramagnetische Trägermedium gefüllt ist. Denkbar ist auch ein modifizierter Blechschnitt des weichmagnetischen Elementes, wobei ein im Bereich der q-Achse am äußeren Umfang fehlender tangentialer Anteil des wetchmagnetischen Elementes durch das diamagnetische oder paramagnetische Medium vervollständigt ist. Somit wird der zum Vollzylinder fehlende Raumanteil des weichmagnetischen Elementes ebenfalls durch das diamagnetische oder paramagneti- sehe Trägermaterial gebildet. Zwischen jeweils zwei benachbarten Aussparungen entlang der q-Achse des weich- magnetischen Elementes liegen weichmagnetische Elementteile, die in der Regel magnetisch leitend miteinander verbunden sind. In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung stehen die zwischen jeweils zwei Flusssperren gebildeten leitenden weichmagnetischen Eiementteile nicht magnetisch leitend miteinander in Verbindung. Dadurch wird der Unterschied der Permeabilität entlang der d-Achse und der q-Achse weiter vergrößert. In diesem Fall wird die radiale und axiale Fixierung der magnetischen Elemente vollständig durch das diamagnetische oder paramagnetische Trägermaterial übernommen.

Das verwendete diamagnetische oder paramagnetische Medium umfasst vorzugsweise Polymere und/oder Duromere und/oder Keramik und/oder Glas und/oder Holz.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors nach ei- ner voranstehend aufgezeigten Ausführungsform. Erfindungsgemäß wird in einem ersten Verfahrensschritt das weichmagnetische zylinderförmige Element aufgebaut und in einem zweiten Verfahrensschritt das diamagnetische oder paramagnetische Medium mittels einem urformenden Fertigungsverfahren in bzw. um das aufgebaute weichmagnetische Element ein- bzw. aufgebracht.

Beispielsweise wird bei der Ausführung des weichmagnetischen Elementes als Blechpaket in einem ersten Verfahrensschritt eine Vielzahl identischer Bleche in axialer Richtung aufeinander gestapelt. Im zweiten Verfahrensschritt wird das diamagnetische oder paramagnetische Medium mittels dem urformenden Fertigungsverfahren insbesondere Spritzguss, in die Aussparungen der einzelnen Bleche eingebracht, wobei gegebenenfalls ebenfalls Endscheiben zur Fixierung des Blechpaketes auf der Rotorachse aus dem diamagnetischen oder paramagnetischen Medium gebildet werden. Zweckmäßig ist es, wenn das benötigte diamagnetische oder paramagnetische Medium vollständig in einem Guss in das Blechpaket eingelassen wird und folglich nur ein einziges Bauteil darstellt. Das sich durch das Blechpaket erstreckende diamagnetische oder paramagnetische Medium übernimmt sowohl die magnetische Sperrwirkung als auch die axiale Fixierung des Blechpaketes. Im Zusammenspiel mit dem Biechpaket ist der resultierende Verbundrotor aus lediglich zwei einzelnen Komponenten aufgebaut.

Analog dazu erfolgt die Herstellung des erfindungsgemäßen Rotors auf Basis eines nach einem pulvermetaillurgischen Verfahren hergestellten Materials. Vorab wird die gewünschte Form des weichmagnetischen zylinderförmigen Elementes durch das Material nachgebildet, wobei hier ebenfalls entsprechende Aussparungen vorgesehen sind. Die Aussparungen werden in einem zweiten Verfahrensschritt mit dem diamagnetischen oder paramagnetischen Medium gefüllt.

Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Rotors, insbesondere nach einer der oben genannten vorteilhaften Ausführungsformen, in einer Reluktanzmaschine, insbesondere in einer Synchron- Reluktanzmaschine.

Ferner ist die Erfindung auf einen Reluktanzmotor gerichtet, insbesondere einen Syn- chron-Reluktanzmotor, der mit dem erfindungsgemäßen Rotor, insbesondere nach einer der vorgenannten vorteilhaften Ausführungsformen, ausgestattet ist. Der Reluktanzmotor weist offensichtlich die selben Eigenschaften und Vorteile wie der erfin- dungsgemäße Rotor gemäß einer der vorteilhaften Ausführungsformen auf, weshalb an dieser Stelle auf eine erneute Beschreibung verzichtet wird.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung sollen im Folgenden anhand mehrerer graphischer Darstellungen erläutert werden. Es zeigen:

Figuren 1 bis 4: verschiedene Ausschnitte eines Blechschnitts des verwendeten

Blechpaketes eines erfindungsgemäßen Rotors in unterschiedlichen Ausführungsformen, Figuren 5 und 6: Seitenansichten des erfindungsgemäßen Rotors gemäß den in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen und Figur 7: ein Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors.

Die Figur 1 zeigt einen Quadranten eines Biechschnitts des erfindungsgemäßen Rotors für einen Reluktanzmotor. Zur Vereinfachung der Darstellung ist der Stator nicht abgebildet. Das Rotorblech 1 verfügt über mehrere Aussparungen 2, die die Funktion von Flusssperren übernehmen und durch deren Anordnung ein vierpoliger Rotor gebildet wird, dessen magnetischer Fluss in den Bereichen mit den Flusssperren 2 gehemmt ist. Ailgemein wird der Bereich mit hoher magnetischer Leitfähigkeit als d-Achse und der Bereich geringer magnetischer Leitfähigkeit als q-Achse gekennzeichnet. Zur Klarstellung sei angemerkt, dass die übrigen Quadranten des Blechschnitts identisch zum dargestellten Quadrant ausgebildet sind.

Mehrere Rotorbleche 1 mit dem gezeigten Blechschnitt werden in Richtung der Dreh- achse 5 zu einem Blechpaket gestapelt, das auf einer Rotorwelle 3 befestigt wird.

Erfindungsgemäß wird in die einzelnen Aussparungen 2 ansteife von Luft ein diamagnetisches oder paramagnetisches Medium 1 1 eingelassen, das beispielsweise Polymere und/oder Duromere und/oder Keramik und/oder Glas und/oder Holz umfasst. Durch die Wahl eines diamagnetischen Mediums kann die Differenz der Permeabilität entlang der beiden Achsen d, q erhöht werden. Zudem wirkt das eingelassene diamagnetische oder paramagnetische Medium als Trägermedium, das die einzelnen gestapelten Blechpakete aufnimmt und auf einer Rotorwelle 3 fixiert. Das Medium 1 1 kann auch geschäumt sein, um dessen Trägheit zu reduzieren und damit die Laufeigenschaften des Rotors zu verbessern. Gleichzeitig kann eine metallische Beschichtung der Flusssperren eine bessere Fiussführung ermöglichen.

In Figur 5 ist eine Seitenansicht auf den erfindungsgemäßen Rotor gezeigt, wobei das Blechpaket 4 aus einer Vielzahl einzelner Blechschnitte 1 gemäß Figur 1 zusammengesetzt ist. Das Blechpaket 4 nimmt insgesamt eine zylindrische Form an, wobei endseitig in axialer Richtung des Blechpaketes 4 jeweils eine Endscheibe 6 angeordnet ist, die ebenfalls aus dem diamagnetischen oder paramagnetischen Medium 1 1 gefertigt ist. Diese Endscheiben 6 dienen zur Fixierung des Blechpakets 4 auf der Rotorwelle 3 in Richtung der Rotorachse 5. Von Vorteil ist insbesondere, wenn das dtamagnetische oder paramagnetische Medium 1 1 ein einziges einheitliches Bauteil darstellt, das sich durch alle Aussparungen 2 der einzelnen gestapelten Blechschnitte 1 erstreckt und zusätzlich die beiden Endscheiben 6 bildet. Demnach besteht der erfindungsgemäße Rotor nur aus zwei Komponenten, d. h. dem diamagnetischen oder paramagnetischen Trägermedium 1 1 sowie dem Blech- paket 4, wobei das Trägermedium 1 1 sowohl die magnetische Sperrwirkung als auch die axiale Fixierung des Blechpaketes 4 entlang der Rotorachse 5 übernimmt.

Wie der Figur 1 zu entnehmen ist, weist der darin dargestellte Biechschnitt eine radiale Tragrippe 7 auf, die ausgehend von der Rotorwelle 3 die erste Aussparung 2a in radia- ler Richtung unterteilt. Derartige radiale Tragrippen 7 sind in bestimmten Ausführungsformen zur radialen Versteifung des Blechpakets 4 erforderlich.

In der Ausführungsform gemäß Figur 2 wurde auf eine derartige radiale Tragrippe 7 verzichtet. Voraussetzung hierzu ist es, dass die angreifenden Radialkräfte auf das Blechpaket 4 statt dessen durch das diamagnetische oder para mag netische Trägermedium 1 1 aufgenommen werden können, um für eine ausreichende Stabilität des Rotors zu sorgen. Dazu wird die axiale Stapelung der Bleche 1 in regelmäßigen Abständen durch ringförmige Distanzelemente 9 (siehe Figur 6a) mit definierbaren Außendurchmessern unterbrochen. In radialer Richtung oberhalb der Distanzelemente 9 wird so zusätzlicher Raum für das diamagnetische oder paramagnetische Trägermedium 11 geschaffen.

Figur 6a zeigt eine Seitenansicht eines Teilabschnittes des Blechpakets 4, wobei die einzelnen Blechschnitte 1 nach der Ausführungsform der Figur 2 ausgeführt sind. Wei- terhin sind zwei einzelne Distanzringe 9 zu erkennen, die jeweils zwei benachbarte Blechschnitte V, 1 ", 1 ¹ ", 1 "" beabstandet zueinander auf der Rotorachse 5 anordnen. Der in radialer Richtung oberhalb der Distanzelemente 9 bis zum Außenumfang des Blechpakets 4 gebildete zylindrische Raum wird vollständig durch das diamagnetische oder paramagnetische Medium 1 1 gefüllt bis dieses mit dem Außendurchmesser der benachbarten Blechschnitte 1 ', 1 ", V", 1 "" abschließt.

Figur 6b zeigt den aus den Biechschnitten 1 gemäß Figur 2 gebildeten Rotor in einer Seitenansicht. Das diamagnetische oder paramagnetische Medium 1 1 vervollständigt die zylindrische Form des Rotors. Figur 3 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors mit einem modifizierten Blechschnitt 1. In diesem Fall wurde der tangentiale Blechanteil 12 am äußeren Umfang nahe der q-Achse vollständig ausgespart. Der zum Vollzyitnder fehlende Raumanteil wird hier durch das diamagnetische oder paramagnetische Trägermaterial 1 1 ergänzt. Die Seitenansicht des zusammengesetzten Verbundrotors ent- spricht der Abbildung in Figur 6b.

Eine weitere Modifizierung des Blechschnittes 1 ist in der Figur 4 ersichtlich. Neben der Aussparung des tangentialen Blechanteils 12 gemäß Figur 3 wurde auch der Blechanteil 13 am äußeren Umfang zwischen den entlang der q-Achse liegenden einzelnen magnetisch leitfähigen Rotorelementen 14 ausgespart. Folglich besteht der Rotor entlang der q-Achse aus einer Vielzahl einzelner magnetischer Elemente 14, die untereinander magnetisch nichtleitend verbunden sind, aber dennoch aus Einzelbiechen bestehen. Dadurch wird die Permeabilität entlang der q-Achse weiter verringert und die Differenz zur d-Achse vorteilhaft erhöht. Die radiale und axiale Fixierung des weich- magnetischen Materials des Blechschnitts 1 bzw. des Blechpaketes 4 wird vollständig durch das diamagnetische oder paramagnetische Trägermaterial übernommen.

Eine Modifizierung des Ausführungsbeispiels der Figur 4 ist der Figur 7 zu entnehmen. Der Unterschied zur Figur 4 liegt darin, dass die einzelnen magnetisch leitfähigen Ro- torelemente 14 alle eine Reihe von Zapfen 20, 21 aufweisen, die in entsprechende Aussparungen im Trägermaterial 1 zur Ausbildung eines Formschlusses eingreifen. Die Zapfen können als trapezförmige Zapfen 20 zur Ausbildung einer Schwaiben- schwanzverbindung ausgebildet sein oder eine andere geeignete Form zur Ausbildung eines Formschlusses, beispielsweise eine zacken- bzw. dreieckartige Form 21 , aufweisen. Die Ausbildung der Zapfen 20, 21 und Aussparungen kann selbstverständlich ver- tauscht oder abwechselnd an dem Trägermaterial 1 und Rotorelement 14 angeordnet sein.

Ergänzend ist hinzuzufügen, dass die einzelnen Ausführungsvarianten der Figuren 1 bis 4 des erfindungsgemäßen Rotors ohne weiteres durch die Verwendung eines nach ei- nem pulvermetallurgischen Herstellungsverfahren gefertigten Material als weichmagnetisches Element ausgeführt werden können. Die Form der einzelnen Blechpakete 4 nach den Figuren 1 bis 6 kann vollständig durch ein entsprechendes Material nachgebildet werden.