DE102016204972A1

DE102016204972A1 - Rotor einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102016204972A1
Application number: DE102016204972.0A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Schuler
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2017-09-28
Also published as: WO2017162228A1

Abstract

Rotor (1) einer elektrischen Maschine mit einer Rotationsachse (AR), umfassend eine Vielzahl an in axialer Richtung gestapelten Einzelblechen (2), in denen jeweils eine Vielzahl an Taschen (3, 4) in Umfangsrichtung, bezogen auf die Rotationsachse (AR) des Rotors (1), ausgebildet ist, und eine Vielzahl an Magneten (5), die in den Taschen (3, 4) der Einzelbleche (2) angeordnet ist, wobei jedes Einzelblech (2) zwei verschiedene Taschentypen (3, 4) aufweist, wobei ausschließlich der erste Taschentyp (3) zum Klemmen eines Magneten (5) ausgebildet ist, und wobei in Umfangsrichtung eines Einzelblechs (2) und in axialer Richtung der hintereinander angeordneten Einzelbleche (2) zwischen zwei Taschen des ersten Typs (3) mindestens eine Tasche des zweiten Typs (4) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Maschine mit einer Rotationsachse, wobei der Rotor eine Vielzahl an in axialer Richtung gestapelten Einzelblechen, in denen jeweils eine Vielzahl an Taschen in Umfangsrichtung, bezogen auf die Rotationsachse des Rotors, ausgebildet ist, und eine Vielzahl an Magneten, die in den Taschen der Einzelbleche angeordnet sind, umfasst. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren eines solchen Rotors.
Es sind verschiedene Möglichkeiten zum Fixieren der Magnete in einem Rotor bekannt. Beispielsweise stellt das Kleben der Magnete eine typische und häufig angewandte Verbindungstechnik zwischen Magnet und Rotor dar.
Eine andere Verbindungsmöglichkeit ist in der US 5,679,995 offenbart. Dabei werden die Magnete in den Magnettaschen mittels sich deformierender Vorsprünge in den Magnettaschen des Rotors fixiert.
In der DE 10 2006 056 873 A1 ist ein Permanentmagnetrotor offenbart, der eine Rotorwelle und ein daran befestigtes Rotorpaket aufweist. In dem Rotorpaket sind Aufnahmetaschen sowie Aussparungen vorgesehen, wobei in den Aufnahmetaschen Permanentmagnete angeordnet sind. Die Permanentmagnete sind in der jeweils zugehörigen Aufnahmetasche durch eine Aufbiegung des zwischen der jeweiligen Aussparung und der jeweiligen Aufnahmetasche liegenden Teilbereichs des inneren Bereichs fixiert. Die Fixierung der Permanentmagnete in den Aufnahmetaschen erfolgt somit durch eine nachträglich eingebrachte Verformung der Aufnahmetaschen.
Des Weiteren zählt zum Stand der Technik die Druckschrift EP 1 983 634 A2 . Hier ist ein Rotor mit einem an einer Welle montierbaren Rotorpaket, an dem umlaufend mehrere Taschen ausgebildet sind, in denen jeweils ein Magnet eingefügt ist, offenbart. An jeder Tasche ist eine sich parallel zu Welle erstreckende Nut vorgesehen, in die jeweils ein Klemmelement zur Fixierung des jeweiligen Magneten in der Tasche eingefügt ist. Dabei sind mehrere Klemmelemente an einem gemeinsamen Halteelement vorgesehen. Das heißt, dass hier die Magnete mittels eines zusätzlichen Halteelements in den Taschen fixiert werden.
Des Weiteren ist es möglich, ein Formteil zur Vorfixierung der Magnete für einen anschließenden Klebeprozess zu verwenden. Ein solches Formteil ist beispielsweise in der DE 10 2012 206 475 A1 offenbart.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfachere und kostengünstigere Möglichkeit der Fixierung der Magnete in einem Rotorblechpaket zu entwickeln.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird der im Anspruch 1 angegebene Rotor sowie in Anspruch 8 dessen Herstellungsverfahren vorgeschlagen. Optionale vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich ganz oder teilweise aus den abhängigen Ansprüchen.
Der erfindungsgemäße Rotor einer elektrischen Maschine mit einer Rotationsachse umfasst eine Vielzahl an in axialer Richtung gestapelten Einzelblechen und eine Vielzahl an Magneten. Unter elektrischer Maschine werden ein Elektromotor sowie ein Generator verstanden. Das heißt, dass der Rotor in einem Elektromotor oder in einem Generator eingebaut werden kann. In jedem Einzelblech ist jeweils eine Vielzahl an Taschen in Umfangsrichtung, bezogen auf die Rotationsachse des Rotors, ausgebildet. Die Magnete sind in den Taschen der Einzelbleche angeordnet. Vorzugsweise sind die Magnete als Permanentmagnete ausgebildet. Es ist vorteilhaft, wenn die Magnete aus Seltenerdmetallen bestehen.
Der erfindungsgemäße Rotor zeichnet sich dadurch aus, dass jedes Einzelblech zwei verschiedene Taschentypen aufweist, wobei ausschließlich der erste Taschentyp zum Klemmen eines Magneten ausgebildet ist, und wobei in Umfangsrichtung eines Einzelblechs und in axialer Richtung der hintereinander angeordneten Einzelbleche zwischen zwei Taschen des ersten Typs mindestens eine Tasche des zweiten Typs angeordnet ist. Der zweite Taschentyp dient allein der Aufnahme des eingebrachten Magneten und weist keinerlei Klemmwirkung zum Magneten auf. Durch diese Anordnung und Ausrichtung der Magnettaschentypen in Umfangsrichtung und in axialer Richtung ist eine Klemmung der Magnete in dem Rotor sichergestellt. Es werden somit für die Verbindung zwischen Magnet und Einzelblech keine Hilfsmittel benötigt.
Beide Taschentypen sind als Aussparung ausgebildet. Vorzugsweise ist der erste Taschentyp als Aussparung mit zwei in die Aussparung hineinragenden Vorsprüngen ausgebildet, wobei die Vorsprünge jeweils eine Klemmfläche für den eingebrachten Magneten darstellen. Es ist zweckmäßig, wenn die Vorsprünge in Umfangsrichtung jeder Tasche des ersten Typs gegenüberliegend angeordnet sind. Zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Taschen ist jeweils ein Steg vorhanden. Das heißt im Umkehrschluss, dass in Umfangsrichtung zwischen zwei Stegen jeweils eine Tasche angeordnet ist. Die beiden Stege, die an einer Tasche des ersten Typs angrenzen, weisen jeweils einen Vorsprung auf, wobei jeder Vorsprung in die Aussparung der Tasche hineinragt. Die an die Magnettaschen des ersten Typs angrenzenden Magnettaschen des zweiten Typs weisen keine Klemmflächen auf, so dass Raum für die Verformung der Stege, an denen Vorsprünge vorhanden sind, in tangentialer Richtung vorhanden ist.
Vorzugsweise sind die Vorsprünge in den Aussparungen so angeordnet sind, dass jeweils ausgehend von der Rotationsachse radial innerhalb und außerhalb von den Vorsprüngen Freiräume zum Magneten hin vorhanden sind. Das heißt, die Klemmwirkung zwischen Einzelblech und Magnet entsteht nur an den in die Magnettasche hineinragenden Vorsprüngen. Die Vorsprünge weisen demnach zum Magneten hin eine Klemmfläche auf. Radial innerhalb und außerhalb des Vorsprungs ist jeweils ein Freiraum vorgesehen, so dass die Klemmkräfte nicht auf die Kanten der Magnete wirken, wodurch ein eventuelles Abplatzen der Magnete verhindert werden kann. Die Klemmung der Magnete erfolgt in tangentialer Richtung, so dass der Rotoraußendurchmesser nicht verformt wird.
Es ist des Weiteren zweckmäßig, wenn jedes Einzelblech eine gerade Anzahl an Magnettaschen aufweist. Ferner sind mindestens zwei Magnettaschen des ersten Typs in jedem Einzelblech vorhanden.
Vorzugsweise sind die Einzelbleche als Gleichteile ausgebildet. Das heißt unter anderem auch, dass die Anzahl der Taschen des ersten Typs sowie die Anzahl der Taschen des zweiten Typs in allen Einzelblechen identisch sind.
Vorzugsweise weisen die Magnete eine Quaderform mit abgerundeten Kanten auf. Es ist auch denkbar, dass die Magnete sowie die Taschen eine Kreisabschnittform aufweisen. Unter Kreisabschnittform wird ein Abschnitt einer Kreisform verstanden.
Ferner ist ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Rotors mit einer Vielzahl an Einzelblechen und einer Vielzahl an Magneten angegeben. Zu Beginn des Herstellungsverfahrens wird eine Vielzahl an Magneten sowie eine Vielzahl an Einzelblechen bereitgestellt, wobei jedes Einzelblech zwei verschiedene Taschentypen aufweist, wobei ausschließlich der erste Taschentyp zum Klemmen eines Magneten ausgebildet ist. In den Einzelblechen ist somit eine Vielzahl an Magnettaschen ausgebildet, wobei die Anzahl der Magnettaschen der Anzahl an einzubringender Magnete entspricht. Dabei sind zwei unterschiedlich ausgebildete Magnettaschen, nämlich Magnettasche des ersten Typs und Magnettasche des zweiten Typs, vorhanden. Bei jedem Einzelblech ist in Umfangsrichtung zwischen zwei Magnettaschen des ersten Typs mindestens eine Magnettasche des zweiten Typs angeordnet. Anschließend werden die Einzelbleche so aufeinandergestapelt, dass in axialer Richtung des Rotors zwischen zwei Magnettaschen des ersten Typs mindestens eine Magnettasche des zweiten Typs vorhanden ist. Diese zueinander ausgerichteten Einzelbleche werden zu einem Blechpaket paketiert. Anschließend werden die Magnete in die Magnettaschen eingebracht und in den Magnettaschen des ersten Typs eingeklemmt.
Weitere Einzelheiten, Merkmale, Merkmalskombinationen und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten, beispielhaften Ausführungsform der Erfindung sowie aus den Zeichnungen. Diese zeigen in:
1 eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors in perspektivischer Ansicht,
2 ein Einzelblech des Rotors aus 1 in Vorderansicht,
3 eine Vergrößerung einer Magnettasche des ersten Typs,
4 eine beispielhafte Anordnung der Einzelbleche gemäß der Ausführungsform aus 1.
In der 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors 1 mit einer Rotationsachse A_R in perspektivischer Ansicht dargestellt. Der Rotor 1 weist eine Vielzahl an Einzelblechen 2 auf, die in axialer Richtung, bezogen auf die Rotationsachse A_R des Rotors 1, zu einem Blechpaket aufeinander gestapelt sind. Jedes Einzelblech 2 weist zwei verschiedene Taschentypen 3, 4 auf, nämlich einen ersten Magnettaschentyp 3 und einen zweiten Magnettaschentyp 4, wobei nur der erste Magnettaschentyp 3 zum Klemmen von Magneten 5 ausgebildet ist. Alle Magnettaschen 3, 4 sind als Aussparungen ausgebildet, die zur Aufnahme der Magnete 5 vorhanden sind. In 1 ist das Einfügen der Magnete 5 in die Magnettaschen 3, 4 der Einzelbleche 2 anhand des noch nicht eingefügten Magneten 5 angedeutet.
Die Einzelbleche 2 dieser dargestellten Ausführungsform sind als Gleichteile ausgebildet, das in der 4 zu erkennen ist. Das heißt, die Einzelbleche 2 weisen nicht nur die gleiche Anzahl an Magnettaschen des ersten 3 und des zweiten Typs 4 auf, sondern die Magnettaschen 3, 4 sind in Umfangsrichtung in der gleichen Reihenfolge angeordnet. In Umfangsrichtung jedes Einzelblechs 2 ist zwischen jeder Magnettasche des ersten Typs 3 eine Magnettasche des zweiten Typs 4 angeordnet. Allerdings sind wie in 4 dargestellt, die axial hintereinander angeordneten Einzelbleche 2 zueinander verdreht, so dass zwischen zwei axial hintereinander angeordneten Magnettaschen des ersten Typs 3 genau eine Magnettasche des zweiten Typs 4 angeordnet ist. Dadurch wird eine segmentierte Klemmung der Magnete 5 in den Magnettaschen 3 der Einzelbleche 2 sowie im Rotor 1 erreicht.
In der 2 und in der 3 sind die unterschiedlich ausgebildeten Magnettaschen 3, 4 gut zu erkennen. Zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Magnettaschen 3, 4 ist jeweils ein Steg 6 ausgebildet. Die Stege 6 der angrenzenden Magnettasche des ersten Typs 3 weisen jeweils einen Vorsprung 7 auf, der in die Magnettasche des ersten Typs 3 hineinragt und eine Klemmfläche 8 zum Magneten 5 hin darstellt. Der Vorsprung 7 ist dabei derart in radialer Richtung der Magnettasche 3 angeordnet, dass jeweils radial ober- und unterhalb des Vorsprungs 7 ein Freiraum 9 entsteht. Dieser Freiraum 9 verhindert eine Klemmkraft an den Kanten 10 des Magneten 5, wobei die Kanten 10 in dieser Ausführungsform abgerundet sind. Es entsteht somit eine Klemmwirkung in Umfangsrichtung in den Magnettaschen des ersten Typs 3. In den Magnettaschen des zweiten Typs 4 hingegen erfolgt keine Klemmung der Magnete 5.
Des Weiteren ist in der 3 mittels zwei Pfeilen die tangentiale Verformung der Stege 6, die an einer Magnettasche des ersten Typs 3 angrenzen, angedeutet. Durch die tangentiale Verformung der Stege 6 wird eine Verformung des Außendurchmessers des Einzelblechs 2 und somit auch der Rotoraußendurchmesser verhindert.
Bezugszeichenliste

1: Rotor
2: Einzelblech
3: Magnettasche des ersten Typs
4: Magnettasche des zweiten Typs
5: Magnet
6: Steg
7: Vorsprung
8: Klemmfläche
9: Freiraum
10: Kante eines Magneten
A_R: Rotationsachse des Rotors

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5679995 [0003]
DE 102006056873 A1 [0004]
EP 1983634 A2 [0005]
DE 102012206475 A1 [0006]

Claims

Rotor (1) einer elektrischen Maschine mit einer Rotationsachse (A_R), umfassend eine Vielzahl an in axialer Richtung gestapelten Einzelblechen (2), in denen jeweils eine Vielzahl an Taschen (3, 4) in Umfangsrichtung, bezogen auf die Rotationsachse (A_R) des Rotors (1), ausgebildet ist, und eine Vielzahl an Magneten (5), die in den Taschen (3, 4) der Einzelbleche (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Einzelblech (2) zwei verschiedene Taschentypen (3, 4) aufweist, wobei ausschließlich der erste Taschentyp (3) zum Klemmen eines Magneten (5) ausgebildet ist, und wobei in Umfangsrichtung eines Einzelblechs (2) und in axialer Richtung der hintereinander angeordneten Einzelbleche (2) zwischen zwei Taschen des ersten Typs (3) mindestens eine Tasche des zweiten Typs (4) angeordnet ist.
Rotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Taschentyp (3) als Aussparung mit zwei in die Aussparung hineinragenden Vorsprüngen (7) ausgebildet ist, wobei die Vorsprünge (7) jeweils eine Klemmfläche (8) für den eingebrachten Magneten (5) darstellen.
Rotor (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (7) in Umfangsrichtung jeder Tasche des ersten Typs (3) gegenüberliegend angeordnet sind.
Rotor (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (7) in den Aussparungen so angeordnet sind, dass jeweils ausgehend von der Rotationsachse (A_R) radial innerhalb und außerhalb von den Vorsprüngen (7) Freiräume (9) zum Magneten (5) hin vorhanden sind.
Rotor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Einzelblech (2) eine gerade Anzahl an Magnettaschen (3, 4) aufweist.
Rotor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelbleche (2) als Gleichteile ausgebildet sind.
Rotor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (5) eine Quaderform mit abgerundeten Kanten aufweisen.
Verfahren zum Herstellen eines Rotors (1) gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Bereitstellen einer Vielzahl an Magneten (5) und einer Vielzahl an Einzelblechen (2), wobei jedes Einzelblech (2) zwei verschiedene Taschentypen (3, 4) aufweist, wobei ausschließlich der erste Taschentyp (3) zum Klemmen eines Magneten (5) ausgebildet ist, – Aufeinanderstapeln der Einzelbleche (2), so dass zwischen zwei Magnettaschen des ersten Typs (3) mindestens eine Magnettasche des zweiten Typs (4) vorhanden ist, – Paketieren der zueinander ausgerichteten Einzelbleche (2) zu einem Blechpaket, – Einbringen der Magnete (5) in die Magnettaschen (3, 4).