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 JP54134304 A2 bekannt, mit einer um eine Rotorachse drehbaren Rotorwelle, mit mehreren entlang einer Umfangsrichtung des Rotors angeordneten separaten Schenkelpolen, die in Verankerungsnuten des Rotors verankert sind.

Die Verankerungsnuten des Rotors sind in einem auf der Rotorwelle angeordneten Trägerkörper ausgebildet, der das Joch bildet und als Blechpaket ausgeführt ist. Nachteilig ist, dass das geblechte bzw. als Blechpaket ausgeführte Joch eine geringe Drehzahlfestigkeit aufweist. Außerdem beansprucht der Trägerkörper einen großen radialen Bauraum.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Rotor einer elektrischen Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Drehzahlfestigkeit des Rotors erhöht wird, indem das Rotorjoch in der Rotorwelle ausgebildet ist.

Die höhere Drehzahlfestigkeit resultiert daraus, dass die Rotorwelle aus einem ungeblechten, also massiven, Material hergestellt ist. Die ungeblechte Rotorwelle als Rotorjoch ermöglicht außerdem ein einfacheres Fügen der Schenkelpole, als wenn beide Fügepartner geblecht wären. Durch das Integrieren des Trägerkörpers aus dem Stand der Technik in die Rotorwelle entfällt der aufwendige Schritt, den Trägerkörper auf der Rotorwelle zu befestigen, insbesondere aufzupressen. Die erfindungsgemäße Rotorwelle ist somit nabenlos ausgeführt. Die Herstellungskosten werden dadurch verringert. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Rotors möglich.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass die Rotorwelle ein ungeblechter Körper ist und die Schenkelpole jeweils als geblechter Polkörper ausgebildet sind. Bei dieser Paarung ergeben sich in der Rotorwelle planere Anlageflächen, so dass die Schenkelpole beim Fügen genauer ausgerichtet werden. Außerdem gibt es eine geringere Streuung der Drehzahlfestigkeit.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die Schenkelpole an einem Verankerungsabsatz der Rotorwelle verankert sind, der einstückig an der Rotorwelle ausgebildet und insbesondere zylinderförmig ist. Auf diese Weise wird der Rotorträger aus dem Stand der Technik einstückig in die Rotorwelle integriert.

Weiterhin vorteilhaft ist, wenn am Verankerungsabsatz der Rotorwelle nach den beiden Ausführungsbeispielen Verankerungsnuten ausgebildet sind, in die jeweils ein vorstehender Polanker eines der Schenkelpole hineinragt. Alternativ können am Verankerungsabsatz der Rotorwelle Verankerungsvorsprünge ausgebildet sein, die jeweils in eine Polvertiefung eines der Schenkelpole hineinreichen.

Sehr vorteilhaft ist es, wenn der Polanker oder die Polvertiefung der Schenkelpole jeweils ein Verankerungsprofil aufweist, das insbesondere tannenbaumförmig, baumförmig, T-förmig, schwalbenschwanzförmig, dreieckförmig, rechteckförmig oder quadratförmig ist. Auf diese Weise kann eine sehr feste Verankerung der Schenkelpole erreicht werden.

Auch vorteilhaft ist, wenn die Verankerungsnuten oder die Verankerungsvorsprünge der Rotorwelle jeweils ein Verankerungsgegenprofil zum formschlüssigen Zusammenwirken mit dem Verankerungsprofil der Schenkelpole aufweisen. Auf diese Weise kann eine sehr feste Verankerung der Schenkelpole erreicht werden. Des Weiteren vorteilhaft ist, wenn nach den beiden Ausführungsbeispielen die Verankerungsnuten der Rotorwelle jeweils zwei Nutflanken aufweisen, wobei an den Nutflanken der jeweiligen Verankerungsnut Flankenzähne ausgebildet sind, die sich in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse erstrecken und Hinterschnitte des Verankerungsgegenprofils bilden und die insbesondere dreieckförmig oder sägezahnförmig ausgebildet sind. Auf diese Weise kann eine sehr tiefe radiale Verankerung der Schenkelpole in der Rotorwelle und somit eine sehr hohe Drehzahlfestigkeit erreicht werden.

Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn pro Nutflanke der jeweiligen Verankerungsnut der Rotorwelle mehrere Flankenzähne in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse hintereinander angeordnet sind. Auf diese Weise kann die Drehzahlfestigkeit noch weiter erhöht werden.

Vorteilhaft ist, wenn der Verankerungsabsatz der Rotorwelle ein Wellenabsatz mit größter radialer Erstreckung ist und dass zwei zum Verankerungsabsatz benachbarte Wellenabsätze mit radial kleinerer Erstreckung vorgesehen sind, wobei die benachbarten Wellenabsätze nach einem zweiten Ausführungsbeispiel Auslaufnuten aufweisen, die in die Verankerungsnuten des Verankerungsabsatzes führen und insbesondere eine größere Breite als die Verankerungsnuten aufweisen. Auf diese Weise kann ein Nutgrund der Verankerungsnuten radial noch tiefer in die Rotorwelle gelegt werden, so dass durch eine höhere Anzahl von Flankenzähnen die Drehzahlfestigkeit noch weiter gesteigert werden kann. Außerdem wirken die Auslaufnuten der Rotorwelle als Fügehilfe beim axialen Einschieben der Polanker in die Verankerungsnuten der Rotorwelle.

Außerdem vorteilhaft ist, wenn der Verankerungsabsatz der Rotorwelle in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse länger ausgebildet ist als die Schenkelpole, insbesondere um mehr als eine halbe Blechdicke einer Lamelle eines der Schenkelpole. Auf diese Weise wird erreicht, dass keine einzelne Blechlamelle des jeweiligen Schenkelpols in axialer Richtung gesehen teilweise oder vollständig außerhalb der jeweiligen Verankerungsnut liegt, so dass sichergestellt ist, dass jede Blechlamelle der einzelnen Schenkelpole direkt an der Rotorwelle verankert ist, und nicht indirekt über benachbarte Blechlamellen des jeweiligen Schenkelpols. Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor.

Zeichnung

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

Fig.1 zeigt im Schnitt einen erfindungsgemäßen Rotor nach einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig.2 eine erfindungsgemäße Rotorwelle des Rotors nach Fig.1 , Fig.3 einen erfindungsgemäßen Rotor nach einem zweiten Ausführungsbeispiel und Fig.4 die erfindungsgemäße Rotorwelle des Rotors nach Fig.3.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig.1 zeigt im Schnitt einen erfindungsgemäßen Rotor nach einem ersten Ausführungsbeispiel. Fig.2 zeigt eine erfindungsgemäße Rotorwelle des Rotors nach Fig.1 .

Der erfindungsgemäße Rotor 1 einer elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrisch erregten Synchronmaschine, umfasst eine um eine Rotorachse 2 drehbare Rotorwelle 3, die insbesondere eine Hohlwelle ist, und mehrere entlang einer Umfangsrichtung des Rotors 1 angeordnete separate Schenkelpole 4, die in einem Rotorjoch 5 verankert sind, insbesondere formschlüssig. Zwischen den Schenkelpolen 4 ist eine Rotorwicklung 9 vorgesehen, die beispielsweise Einzelspulen umfasst, die jeweils um einen der Schenkelpole 4 herum verlaufen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Rotorjoch 5 in der Rotorwelle 3 ausgebildet ist. Die Rotorwelle 3 ist ein ungeblechter Körper, während die Schenkelpole 4 jeweils als geblechter Polkörper ausgebildet sind. Die geblechten Polkörper der Schenkelpole 4 sind also jeweils als Blechpaket ausgeführt.

Die Schenkelpole 4 des Rotors 1 sind an einem Verankerungsabsatz 6 der Rotorwelle 1 verankert. Der Verankerungsabsatz 6 der Rotorwelle 1 ist einstückig an der Rotorwelle 1 ausgebildet und insbesondere zylinderförmig.

Am Verankerungsabsatz 6 der Rotorwelle 1 sind nach den beiden Ausführungsbeispielen Verankerungsnuten 7 ausgebildet, in die jeweils ein radial vorstehender Polanker 8 eines der Schenkelpole 4 hineinragt. Der Polanker 8 des Schenkelpols 4 erstreckt sich in axialer Richtung beispielsweise über die gesamte Länge des Schenkelpols 4 und ist beispielsweise Teil des Blechpakets des Schenkelpols 4.

Alternativ können am Verankerungsabsatz 6 der Rotorwelle 1 in nicht dargestellter Weise Verankerungsvorsprünge ausgebildet sein, die jeweils in eine Polvertiefung eines der Schenkelpole 4 hineinreichen. Der Polanker 8 oder die Polvertiefung der Schenkelpole 4 weist jeweils ein Verankerungsprofil 10 auf, das beispielsweise tannenbaumförmig, baumförmig, T-förmig, schwalbenschwanzförmig, dreieckförmig, rechteckförmig oder quadratförmig ist. Die Verankerungsnuten 7 oder die Verankerungsvorsprünge der Rotorwelle 1 haben entsprechend jeweils ein Verankerungsgegenprofil 11 zum formschlüssigen Zusammenwirken mit dem Verankerungsprofil 10 der Schenkelpole 4.

Die Verankerungsnuten 7 der Rotorwelle 1 weisen jeweils zwei Nutflanken 7.1 und einen Nutgrund 7.2 auf und sind beispielsweise gefräst. An den Nutflanken 7.1 der jeweiligen Verankerungsnut 7 sind beispielsweise dreieckförmige oder sägezahnförmige Flankenzähne 12 ausgebildet, die sich in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse 2 erstrecken und Hinterschnitte des Verankerungsgegenprofils 11 bilden. Entsprechend weisen auch die Flanken des Verankerungsprofils 10 der Polanker 8 korrespondierende Flankenzähne 12 auf.

Pro Nutflanke 7.1 der jeweiligen Verankerungsnut 7 sind beispielsweise mehrere Flankenzähne 12 in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse 2 hintereinander angeordnet. Der Nutgrund der Verankerungsnuten 7 liegt entlang der axialen Erstreckung beispielsweise auf einem konstanten radialen Niveau bzw. auf einem konstanten Radius.

Der Verankerungsabsatz 6 der Rotorwelle 1 ist ein Wellenabsatz mit größter radialer Erstreckung. Es sind zwei zum Verankerungsabsatz 6 benachbarte Wellenabsätze 16 mit radial kleinerer Erstreckung vorgesehen, so dass der Verankerungsabsatz 6 zwischen den beiden benachbarten Wellenabsätze 16 liegt. Die Rotorwelle 1 umfasst außerdem zwei Wellenenden 3e, zwischen denen der Verankerungsabsatz 6 und die zwei benachbarten Wellenabsätze 16 angeordnet sind.

Der Verankerungsabsatz 6 der Rotorwelle 1 kann -wie in Fig.3 gezeigt- in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse 2 länger ausgebildet sein als die Schenkelpole 4, um mehr als eine halbe Blechdicke, insbesondere um eine oder mehrere Blechdicken, einer Lamelle eines der Schenkelpole 4.

Fig.3 zeigt einen erfindungsgemäßen Rotor nach einem zweiten Ausführungsbeispiel. Fig.4 zeigt die erfindungsgemäße Rotorwelle des Rotors nach Fig.3.

Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel lediglich darin, dass die benachbarten Wellenabsätze 16 Auslaufnuten 17 aufweisen, die in die Verankerungsnuten 7 des Verankerungsabsatzes 6 führen und die beispielsweise zum Erleichtern des axialen Einschiebens eine größere (in Umfangsrichtung zu messende) Breite als die Verankerungsnuten 7 aufweisen. Die Auslaufnuten 17 können sich zu den Verankerungsnuten 7 hin in Umfangsrichtung kontinuierlich verengen. Alternativ oder zusätzlich kann am Übergang von der jeweiligen Auslaufnut 17 in die jeweilige Verankerungsnut 7 eine Einführschräge vorgesehen sein. Auch die Auslaufnuten 17 sind beispielsweise gefräst.

Der Nutgrund der Verankerungsnuten 7 und der Nutgrund der Auslaufnuten 17 liegt entlang der axialen Erstreckung beispielsweise auf demselben radialen Niveau bzw. auf demselben Radius. Die Verankerungsnuten 7 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel haben eine größere radiale Tiefe als beim ersten Ausführungsbeispiel, so dass noch mehr Flankenzähne 12 pro Nutflanke 7.1 möglich sind, wodurch die Drehzahlfestigkeit noch weiter gesteigert werden kann.