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Die Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die gattungsgemäße Schrift
EP 0786854 B1 beschreibt einen Rotor einer elektrischen Maschine, der aus einem Rotorträger und auf dem Rotorträger radial außen aufliegenden Permanentmagneten gebildet ist. Der Rotorträger ist als Blechpaket ausgeführt, wobei sich durch Zusammenfügen mehrere Lagen von Blechschnitten eine axiale Länge des Rotorträgers bildet. Die Permanentmagneten sind nicht direkt auf dem Rotorträger fixiert, sondern sind außen auf einem separaten Blechpaket verklebt, wobei das Blechpaket selbst formschlüssig mit dem Rotorträger verbunden ist.
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Dem gegenüber ist es die Aufgabe der Erfindung, einen Rotor einer elektrischen Maschine mit besonderen magnetischen Eigenschaften vorzuschlagen, der einfach und kostengünstig gefertigt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Rotor einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Der Rotor verfügt über einen Rotorträger und Einzelsegmente, wobei die Einzelsegmente eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Permanentmagneten aufweisen und formschlüssig mit dem Rotorträger verbunden sind.
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Erfindungsgemäß weist ein erstes Einzelsegment und ein zweites benachbartes Einzelsegment in zusammengebauten Zustand eine Kontaktfläche auf.
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Durch die Ausnehmung des Einzelsegmentes ist der Permanentmagnet innerhalb des Einzelsegmentes angeordnet. In dieser Anordnung durchdringt der magnetische Fluss das Einzelelement und wird durch das Einzelelement geleitet. Ein Materialübergang würde den magnetischen Fluss innerhalb des Rotors stören. Durch die Kontaktfläche zwischen dem ersten Einzelelement und dem zweiten benachbarten Einzelelement tritt der magnetische Fluss ohne Materialänderung über. Durch eine Ringform des Rotors gilt dies für alle Einzelsegmente des Rotors.
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In einer vorteilhaften Weiterführung des Rotors ist jedes Einzelsegment aus einem Blechpaket gebildet.
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Das Blechpaket lässt sich einfach aus Blechlagen zusammenfügen, die durch Stanzen aus einem Blechband hergestellt sind. Zudem ist die magnetische Eigenschaft des Einzelsegmentes über die magnetische Eigenschaft und die magnetische Vorzugsrichtung des Blechbandes bestimmt. Bei gleichen magnetischen Eigenschaften aller Einzelsegmente ergibt sich durch eine symmetrische Anordnung im Rotorring auch ein symmetrischer magnetischer Fluss.
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In einer vorteilhaften Weiterführung des Rotors weisen alle Einzelsegmente eine gleiche Form auf.
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Der Rotor ist so einfach und günstig zu produzieren, da nur eine Form der Einzelsegmente in großer Anzahl hergestellt werden muss und die Anordnung der Einzelsegmente im Rotor austauschbar und damit die Reihenfolge frei wählbar ist.
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In einer vorteilhaften Weiterführung des Rotors ist der Rotorträger sternförmig ausgebildet. In dieser Form verfügt der Rotorträger über strahlenartige Fortbildungen, die sich radial nach außen erstrecken. Die Strahlen des Rotorträgers sind derart ausgeformt, dass die Strahlen die Einzelsegmente formschlüssig auf dem Rotorträger fixieren. Eine sternförmige Ausführung des Rotorträgers stellt eine einfache rotationssymmetrisch Form dar, bei der jedes Einzelelement über eine strahlenartige Fortbildung formschlüssig radial nach außen fixiert ist.
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In einer vorteilhaften Weiterführung des Rotors verfügt der Rotorträger über ein erstes Verbindungselement, ein zweites Verbindungselement und ein Halteelement.
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Hierbei sind im zusammengebauten Zustand die Einzelsegmente in axialer Richtung zwischen dem ersten Verbindungselement und dem zweiten Verbindungselement angeordnet. Das Halteelement verbindet das erste Verbindungselement und das zweite Verbindungselement miteinander und ist in einer Ausnehmung der Einzelsegmente angeordnet. Das Halteelement des Rotorträgers fixiert formschlüssig das Einzelsegment mit dem Rotorträger.
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Im zusammengebauten Zustand bilden die Einzelsegmente einen Rotorring, an dessen Enden in axialer Richtung sich die Verbindungselemente anschließen. Die Verbindungselemente erstrecken sich radial von innerhalb der Einzelsegmente bis zum Halteelement, welches in der Ausnehmung der Einzelsegmente angeordnet ist. Je nach Lage der Ausnehmung des Einzelsegmentes kann das Verbindungselement sich radial über das ganze Einzelsegment erstrecken.
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Insbesondere ist das Verbindungselement derart ausgeformt, dass gleichzeitig alle Halteelemente des Rotorträgers mit diesem Verbindungselement verbunden sind. Diese Ausformung kann durch die Form eines Ringes oder einer Sternform mit je einem Strahl zu je einem Halteelement gebildet werden.
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Das Verbindungselement ist beispielsweise derart geformt, dass es eine Ausnehmung zur Aufnahme einer Welle enthält. Das Verbindungselement stellt somit eine Verbindung der Halteelemente mit der Welle zur Kraftübertragung dar.
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In einer vorteilhaften Weiterführung des Rotors ist der Rotorträger als ein Tiefziehteil ausgeführt.
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Der Rotorträger überträgt die Rotation des Rotors und damit das Drehmoment auf die Welle. Durch die Kontaktfläche zwischen den Einzelsegmenten fließt der magnetische Fluss durch die Einzelsegmente und wird durch deren magnetischen Eigenschaften bestimmt. Durch den Rotorträger findet kein magnetischer Fluss statt und somit ist die Fertigung des Rotorträgers nur durch die mechanischen Eigenschaften bestimmt. Die einfache Form des Rotorträgers kann daher günstig als Tiefziehteil hergestellt werden.
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Je nach Form des Rotorträgers ist auch die Herstellung des Rotorträgers als Gussteil vorteilhaft.
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Bei manchen Formen des Rotorträgers ist die Herstellung als Gussteil einfach und günstig.
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Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Rotors, wobei der Rotor über Einzelsegmenten verfügt, werden die Einzelsegmente in der Form eines Rotorringes angeordnet und der Rotorträger wird um die zusammengesetzten Einzelsegmente gegossen. Die Einzelsegmente sind nach den Verguss in dem Rotorträger eingebettet und fixiert.
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Da der Rotorträger durch die Segmentierung des Rotors keinen magnetischen Fluss beinhaltet, kann der Rotorträger auch als Gussteil hergestellt werden. Ohne das erfindungsgemäße Verfahren müssten der Rotor noch aus den Einzelsegmenten und dem Rotorträger montiert werden, wobei jedes Einzelsegment auf dem zuvor gegossenen Rotorträger fixiert werden müsste, was weitere Arbeitschritte in der Fertigung darstellt.
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Zudem muss eine hohe Produktionsgenauigkeit eingehalten werden, damit die Einzelsegmente auf den Rotorträger montiert werden können.
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Werden die Einzelsegmente schon beim Gießen des Rotorträgers mit in die Form des Rotorträgers eingelegt, werden die Einzelsegmente beim Gießen in den Rotorträger eingebettet und weitere Montageschritte entfallen. Hierzu müssen die Einzelsegmente schon in ihrer endgültigen Form eines Rotorringes zusammengesetzt sein, da die Position der Einzelelemente nach dem Gießen mit dem Rotorträger nicht mehr geändert werden kann. Das Gussmaterial des Rotorträgers gleicht auch kleine Produktionsungenauigkeiten aus, so dass auch die Einzelsegmente einfach und günstig hergestellt werden können.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine axiale Sicht auf einen Abschnitt eines Rotors und eines Stators einer elektrischen Maschine, wobei der Rotor über Einzelsegmente und einen sternförmigen Rotorträger verfügt
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2 eine schräge Sicht auf einen Rotor einer elektrischen Maschine, der über Einzelsegmente und einen Rotorträger mit Halteelementen verfügt
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3 eine axiale Sicht auf einen Abschnitt des in 2 dargestellten Rotors
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4 eine axiale Sicht auf einen Abschnitt eines Rotors und eines Stators einer elektrischen Maschine, wobei der Rotor über Einzelsegmente verfügt, die in einem Rotorträger vergossen sind.
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1 zeigt eine axiale Sicht auf einen Abschnitt eines Rotors 1a und eines Stators 12 einer elektrischen Maschine. Die elektrische Maschine ist als Innenläufer ausgeführt, so dass der Rotor 1a innerhalb des Stators 12 angeordnet ist. Der Rotor 1a verfügt über Einzelsegmente 2a, 2b und einen Rotorträger 3a, der radial innen an die Einzelsegmente 2a, 2b anschließt. Die Einzelsegmente 2a, 2b enthalten eine Ausnehmung 4 die zur Aufnahme eines Permanentmagneten 14 dient. Die Ausnehmung 4 ist in radialer Richtung innerhalb des Einzelsegmentes 2a, 2b angeordnet und durch eine Öffnung in axiale Richtung mit dem Permanentmagneten 14 bestückbar. Im zusammengebauten Zustand bilden die Einzelsegmente 2a, 2b einen Rotorring und das Einzelsegment 2a weist mit dem benachbarten Einzelsegment 2b eine Kontaktfläche 5 auf. Durch die Kontaktfläche 5 fließt der magnetische Fluss, so dass die Kontaktfläche 5 an der Stelle des magnetischen Flusses angeordnet ist.
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Die Einzelsegmente 2a, 2b sind als Blechpakte ausgeführt und weisen eine gleiche Form auf. Durch die Ausführung als Blechpakete besitzen die Einzelsegmente 2a, 2b gleiche magnetische Eigenschaften mit gleicher magnetischer Vorzugsrichtung. Somit besitzt der rotations-symmetrisch gestaltete Rotor 1a auch symmetrische magnetische Eigenschaften.
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Der Rotorträger 3a ist sternförmig ausgeführt, so dass der Rotorträger 3a Strahlen 6 aufweist, die die Einzelsegmente 2a, 2b formschlüssig mit dem Rotorträger 3a verbinden. Die Strahlen 6 erstrecken sich von einem ringförmigen Grundkörper des Rotorträgers in radialer Richtung nach außen. Am Ende weisen die Strahlen 6 Auswölbung 7 auf, die mit Ausnehmungen 8a der Einzelsegmente 2a, 2b einen Formschluss bilden.
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Durch den Formschluss lassen sich die Einzelsegmente 2a, 2b durch Einschieben in axialer Richtung mit den Rotorträger 3a montieren werden oder können direkt in einen gegossenen Rotorträger 3a eingebettet sein.
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In der dargestellten Ausführung ist die Ausnehmung 8a des Einzelsegmentes 2a, 2b radial weiter innen liegend als die Ausnehmung 4 zur Aufnahme des Permanentmagneten 14 angeordnet. Die Lage der Ausnehmung 8a wird auf den magnetischen Fluss abgestimmt und kann überall innerhalb des Einzelsegmentes 2a, 2b angeordnet sein.
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Durch die Lage der Ausnehmung 8a ist auch Lage der Auswölbung 7 bestimmt und damit die erforderlichen Länge der Strahlen 6.
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In 1 ist der Rotorträger 3a mit großem Innendurchmesser dargestellt, wobei ein sternförmiger Rotorträger ohne Innendurchmesser die gleichen Funktionen und Eigenschaften besitzt.
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2 zeigt eine schräge Ansicht auf einen Rotor 1b, der über Einzelsegmente 2c, 2d und einen Rotorträger 3b verfügt. Der Rotorträger 3b weist ein erstes Verbindungselement 9, ein zweites Verbindungselement 10 und ein Halteelement 11 auf. Das erste Verbindungselement 9 und das zweite Verbindungselement 10 sind in axialer Richtung an den Enden des Rotors 1 angeordnet. Die zusammengesetzten Einzelsegmenten 2c, 2d bilden einen Rotorring, der zwischen dem ersten Verbindungselement 9 und dem zweiten Verbindungselement 10 angeordnet ist und von den Verbindungselementen 9, 10 eingefasst wird. Das erste Verbindungselemente 9 und das zweite Verbindungselement 10 weisen eine gleiche Form auf und sind in Ringform ausgebildet. Der Innenradius der Ringform des Verbindungselementes 9, 10 ist kleiner als der Innenradius des Rotorringes, der aus den Einzelsegmente 2 gebildet ist. Die Verbindungselemente 9, 10 erstrecken sich in radiale Richtung soweit, dass das Halteelement 11 überdeckt wird. In der dargestellten Ausführung ist die Ausnehmung 8b des Einzelsegmentes 2c, 2d an der Außenfläche in radialer Richtung angeordnet. Das Halteelement 11 ist in der Ausnehmung 8b angeordnet. Die radiale Position des Halteelementes 11 entspricht dem Außenradius des Rotorringes und der Verbindungselemente 9, 10.
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Das Halteelement 11 ist in der Ausnehmung 8b des Einzelsegmentes 2c, 2d angeordnet und verbindet das erste Verbindungselement 9 und das zweite Verbindungselement 10 miteinander. Das Halteelement 11 und die Verbindungselemente 9, 10 können beispielsweise durch Verschrauben, Verschweißen, Verkleben oder Vernieten miteinander verbunden sein. Das Halteelement 11 verbindet das Einzelelement 2c, 2d mit dem Rotorträger 3b formschlüssig. Durch den Innenkreis der Ringform der Verbindungselemente 9, 10 kann der Rotor 1b auf einer Welle mit entsprechendem Außendurchmesser fixiert sein.
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Die Verbindungselemente 9, 10 können mehrere Ausnehmungen derart aufweisen, dass eine Ringform nicht mehr gegeben ist, solange alle Halteelemente 11 mechanische miteinander und mit einer Welle verbunden bleiben. Dies wäre auch bei einem sternförmigen Verbindungselement noch gegeben, da die Strahlen zu jedem Halteelement 11 diese Aufgabe erfüllen.
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3 zeigt einen zu 1 analogen axialen Schnitt durch eine elektrische Maschine mit Innenläufer, die die Ausgestaltung des Rotorträgers aus 2 beinhaltet. Die gleichen oder gleichwirkenden Komponenten, die in 1 schon beschrieben wurden, werden für diese Darstellung übernommen und nicht explizit nochmals aufgeführt.
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Im zusammengebauten Zustand bilden die Einzelsegmente 2c, 2d einen Rotorring und das Einzelsegment 2c weist mit dem benachbarten Einzelsegment 2d eine Kontaktfläche 5 auf.
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Das ersten Verbindungselement 9 und das zweite Verbindungselement 10, über das der Rotorträger verfügt ist in dieser Ansicht nicht enthalten.
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In diesem axialen Schnitt ist das Halteelementes 11 dargestellt und die Anordnung des Halteelementes 11 in einer Ausnehmung 8b des Einzelsegmentes 2c, 2d. Das Halteelement 11 fixiert formschlüssig, mit der Ausnehmung 8b des Einzelelementes 2c, 2d, das Einzelelement 2c, 2d im Rotorträger 3b.
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Die Lage der Ausnehmung 8b wird auf den magnetischen Fluss abgestimmt und kann überall innerhalb des Einzelsegmentes 2c, 2d angeordnet sein. Durch die Lage der Ausnehmung 8b ist auch die Position des Halteelementes 11 und der Außenradius der Verbindungselemente 9, 10 festgelegt.
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4 zeigt einen zu 1 analogen axialen Schnitt durch eine elektrische Maschine mit Innenläufer, die über einen Rotor 1c und einen Stator 12 verfügt.
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Der Rotor 1c verfügt über Einzelsegmente 2e, 2f und einen Rotorträger 3c, der radial innen an die Einzelsegmente 2e, 2f anschließt. Die Einzelsegmente 2e, 2f verfügen über eine Ausnehmung 4 die zur Aufnahme eines Permanentmagneten 14 dient und eine Ausnehmung 8c die das Einzelsegment 2e, 2f mit dem Rotorträger 3c formschlüssig verbindet. Der Rotorträger 3c besteht aus Gussmaterial, welches um die zu einem Rotorring zusammengesetzten Einzelsegmente 2e, 2f gegossen wird. Der Rotorträger 3c füllt die Ausnehmung 8c und die Zwischenräume 13 zwischen den Einzelsegmenten 2e, 2f aus und bettet so die Einzelsegmente 2e, 2f formschlüssig in sich ein.
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In der dargestellten Ausführung nimmt der Rotorträger 3c durch die Form der Zwischenräume 13 eine Sternform an. Die Ausnehmung 8c ist an der Außenfläche in radialer Richtung des Einzelsegmentes 2e, 2f angeordnet und so reichen die Strahlen bis zum äußeren Radius der Einzelsegmente 2e, 2f. Das Einzelsegment 2e ist durch einen Strahl des Rotorträgers 3c vom Einzelsegment 2f getrennt. Produktionsungenauigkeiten der Einzelsegmenten 2e, 2f werden so durch das Gussmaterial des Rotorträgers 3c ausgeglichen.
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Daher können die Einzelsegmente einfach und günstig hergestellt werden. Bei der Herstellung des Rotors 1c durch Eingießen der Einzelsegmente 2e, 2f in den Rotorträger 3c fallen weitere Montageschritte des Rotors 1c weg.
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Der Rotorträger 3a aus 1 und der Rotorträger 3b aus 3 können ebenfalls durch Eingießen der Einzelsegmente 2a, 2b, 2c, 2d hergestellt werden. Die resultierende Form eines Rotorträgers wird durch die Form von Ausnehmungen des Einzelsegmentes 2a, 2b, 2c, 2d bestimmt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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