DE102019123433A1

DE102019123433A1 - Rotorblechpaket für einen Rotor und Verfahren zur Herstellung eines Rotorblechpakets

Info

Publication number: DE102019123433A1
Application number: DE102019123433.6A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Schwenk; Michael Schlosser; Patrick Wisbar
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-09-02
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2021-03-04
Also published as: WO2021043354A1; US20220337106A1; CN114287098A

Abstract

Es ist ein Rotorblechpaket (1) für einen Rotor einer permanenterregten elektrischen Maschine und ein Verfahren zu dessen Herstellung offenbart. Das Rotorblechpaket (1) besteht aus einer Vielzahl von gestapelten Blechringen (10), wobei jeder der Blechringe (10) aus einer Vielzahl von kreisringförmigen Segmenten (12) besteht. Jedes kreisringförmige Segment (12) besitzt mehrere paarweise und V-förmig zueinander angeordnete Aufnahmeöffnungen (20) für Permanentmagnete und mehrere Durchgänge (22) für jeweils ein Fixiermittel (23). Mit den in den Durchgängen (22) des Rotorblechpakets (1) verlaufenden Fixiermitteln (23) wird das Rotorblechpaket (1) an einer Haltescheibe (10) montiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rotorblechpaket für einen Rotor einer permanenterregten elektrischen Maschine. Das Rotorblechpaket besteht aus einer Vielzahl von Blechringen. Jeder der Blechringe selbst besteht aus einer Vielzahl von kreisringförmigen Segmenten. Jedes der kreisringförmigen Segmente weist in Umfangsrichtung eine erste Stirnseite mit einem Verbindungsystem und eine zweite Stirnseite mit einem komplementären Verbindungssystem auf.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorblechpakets für einen Rotor einer permanenterregten elektrischen Maschine.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2009 052 596 A1 betrifft einen Rotor einer elektrischen Maschine, der aus Einzelsegmenten gebildet ist. Jedes Einzelsegment weist einen ersten Teil auf, der in zusammengebautem Zustand mit einem zweiten korrespondierenden Teil des benachbarten Einzelsegments formschlüssig verbunden ist, so dass sich in Umfangsrichtung eine selbsttragende Ringstruktur des zusammengebauten Rotors ausbildet. Jedes Einzelsegment besitzt eine Öffnung für einen Permanentmagneten.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2010 005 490 A1 offenbart einen Rotor einer elektrischen Maschine, der über Einzelsegmente und einen Rotorträger verfügt. Die Einzelsegmente sind formschlüssig mit dem Rotorträger verbunden.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2011 018 619 A1 betrifft eine Blechpaketanordnung für einen Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere einer permanentmagneterregten Synchronmaschine, eines Fahrzeugs, mit einer Vielzahl von aufeinander gestapelten Blechschichten. Jede Blechschicht besteht aus zumindest zwei kreisringsegmentförmigen Blechteilen, die in Umfangsrichtung über jeweilige Stirnseiten mittels einer Verbindungsanordnung miteinander verbunden sind. Die Verbindung der einzelnen Blechschichten der Blechpaketanordnung kann über eine Vernietung oder Verschraubung erfolgen.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2011 115 159 A1 betrifft ein Ringelement für eine elektrische Maschine. Das erste Ringsegment und wenigstens ein zweites Ringsegment sind zum Haltern wenigstens eines Magneten der elektrischen Maschine miteinander verbunden. Die Ringsegmente sind mittels des Magneten miteinander verbunden. Ferner können an den Stoßstellen der benachbarten Ringsegmente formschlüssig zusammenwirkende Verbindungselemente ausgebildet sein.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2012 019 182 A1 betrifft eine Verbindungsanordnung wenigstens eines ersten Ringsegments an wenigstens einem zweiten Ringsegment eines Ringelements für eine elektrische Maschine. In axialer Richtung werden die Ringsegmente mittels wenigstens einer jeweiligen plastischen Verformung der Ringsegmente des Ringelements gegenseitig fixiert.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2013 000 404 A1 betrifft einen Rotor mit teilbarem Kern für einen Elektromotor. Ein Rotor besitzt ein ringförmiges Trägerelement und mehrere Wellenabschnitte, die auf dem Trägerelement in einer Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen positioniert sind. Von den mehreren geteilten Kernen weist jeder einen Lochabschnitt auf, der an jeden der Wellenabschnitte angepasst wird. Durch ringförmiges Verbinden der geteilten Kerne wird ein im Allgemeinen ringförmiger Kern gebildet. Jeder geteilte Kern weist Verbindungsabschnitte an beiden seiner Umfangsenden auf und jeder Verbindungsabschnitt ist dazu konfiguriert, um mit einem Verbindungsabschnitt eines benachbarten geteilten Kerns verbunden zu werden.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2013 204 790 A1 offenbart eine Rotoranordnung. Die Anordnung umfasst eine Nabe und einen Rotorkern mit einem ersten Rotorkernblech, das zumindest teilweise um die Nabe herum positioniert ist. Das erste Rotorkernblech ist zumindest teilweise durch ein erstes Segment und ein zweites Segment definiert, die zur Verbindung oder Verriegelung miteinander ausgestaltet sind. Das erste Segment umfasst einen Vorsprung, der sich von einem ersten Körper aus erstreckt. Der Vorsprung ist zum Eingriff in eine entsprechende Kerbe in dem zweiten Segment ausgestaltet, um das erste Segment mit dem zweiten Segment zu verbinden. Mindestens eine erste Montagezunge erstreckt sich vom ersten Körper aus und ist zum Eingriff in eine entsprechende erste Rille an einem äußeren Umfang der Nabe ausgestaltet, um das erste Segment mit der Nabe zu verbinden.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2015 206 974 offenbart einen Rotor für eine elektrische Maschine mit zumindest einem ersten Rotorsegment und zumindest einem zweiten Rotorsegment. Die beiden Rotorsegmente sind an den jeweiligen Stirnseiten miteinander formschlüssig verbunden, so dass ein ringförmiger Rotor ausgebildet werden kann. Das erste Rotorsegment und das zweite Rotorsegment sind entlang ihres Innenumfangs mit einem Rotorträger formschlüssig verbunden, wobei das erste Rotorsegment und das zweite Rotorsegment an ihrem Innenumfang jeweils mehrere erste Aufnahmeöffnungen aufweisen und der Rotorträger montiert werden kann.
Das europäische Patent EP 2 466 732 B1 offenbart ein Herstellungsverfahren eines laminierten Rotorkörpers. Die bandförmigen Kernbleche weisen eine Vielzahl von Pol-Abschnitten auf, die radial nach außen vorstehen. Um einen Ringformbildungsabschnitt werden in einer Spiralform die einzelnen gebogen. Die bandförmigen Kernbleche werden in der Weise übereinander gelegt, dass die Pol-Abschnitte miteinander ausgerichtet sind.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2017 2014 38 offenbart eine Blechpaketscheibe für einen Rotor einer elektrischen Maschine. Die Blechpaketscheibe umfasst eine Mehrzahl an Blechpaketscheibensegmenten, wobei jedes Blechpaketscheibensegment an einem ersten distalen Ende ein Verbindungselement und an einem dem ersten distalen Ende gegenüberliegendem zweiten distalen Ende ein Verbindungsgegenelement zum formschlüssigen Verbinden mit dem Verbindungselement eines weiteren Blechpaketscheibensegmentes zur Erzeugung der Blechpaketscheibe aufweist. An den Stirnseiten der beiden distalen Enden eines jeden Blechpaketscheibensegments ist eine Magnetaufnahmeaussparung zur Bildung einer Magnetaufnahmetasche zur Aufnahme eines Magneten ausgebildet ist.
Die japanische Offenlegungsschrift JP 2012-019623 A1 betrifft einen Rotorkern, bei dem mehrere Segmentteile zu einem Ring mittels Formschluss gekoppelt sind. Der Rotorkern ist durch Laminieren einer Mehrzahl von Segmentteilen konfiguriert. Eine Vielzahl von Permanentmagneten ist so eingebettet, dass sie sich in der Laminierungsrichtung der Kernstücke erstrecken, so dass die Magnete in Abständen in Umfangsrichtung angeordnet sind.
Das chinesische Gebrauchsmuster CN 207939332 U offenbart eine elektrische Maschine. Auf einer rotierenden Welle ist ein Rotorkern montiert. Über eine EinfüllÖffnung kann eine Unwucht des Motors ausgeglichen werden.
Das chinesische Gebrauchsmuster CN 207339463 U offenbart einen Permanentmagnetrotor.
Die japanische Patentanmeldung JPH08168222 offenbart einen Rotor für Synchronmotoren. Der Rotor besteht aus einer Vielzahl von Permanentmagneten, die am Umfang einer Rotorwelle angeordnet sind. Eine Vielzahl von Kernelementen hält die die einzelnen Permanentmagnete in Umfangsrichtung zwischen sich.
Die deutsche Übersetzung DE 50 2016 003 319 T1 der europäischen Patentschrift EP 3 306 786 B1 offenbart einen Elektromotor. Der Rotor weist eine Rotorwelle auf, auf die ein Rotorpaket aufgesteckt und mit der Rotorwelle drehfest verbunden ist. Das Rotorpaket besteht aus in axialer Richtung aufeinander gestapelten Rotorsegmenten und einer Zentrierscheibe sowie ein Pressverbindungsmittel. Der aus den Rotorsegmenten gebildete Stapel ist zwischen der Zentrierscheibe und dem Pressverbindungsmittel angeordnet.
Gemäß dem Stand der Technik sind durch die Montagearten, wie z.B. Querpressverband, Verschraubung, Vernietung und Ähnlichem, die Einzelbleche des Rotorstapels (Rotorstacks) als Vollringe ausgeführt. Dies bedeutet enorm hohe Stanzverschnitte bei der Fertigung dieser Einzelbleche.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Rotorblechpaket für einen Rotor einer permanenterregten elektrischen Maschine zu schaffen, das ressourcenschonend herzustellen und einfach zu montieren ist sowie mit einer reduzierten Anzahl verschiedenartiger Teile auskommt und eine Betriebssicherheit des Rotors gewährleistet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Rotorblechpaket für einen Rotor einer permanenterregten elektrischen Maschine, das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorblechpakets für einen Rotor einer permanenterregten elektrischen Maschine zu schaffen, das mit einer reduzierten Anzahl verschiedenartiger Teile auskommt und den Fertigungsprozess für den Rotor vereinfacht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorblechpakets für einen Rotor einer permanenterregten elektrischen Maschine, das die Merkmale des Anspruchs 8 umfasst.
Eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorblechpakets für einen Rotor einer permanenterregten elektrischen Maschine zeichnet sich dadurch aus, dass jedes kreisringförmige Segment mehrere paarweise und V-förmig zueinander angeordnete Aufnahmeöffnungen für Permanentmagnete ausgestanzt bzw. ausgeschnitten hat. Ferner sind mehrere Durchgänge ausgebildet, wobei in jedem der Durchgänge jeweils ein Fixiermittel des Rotorblechpakets geführt ist. Die Aufnahmeöffnungen für Permanentmagnete und die mehreren Durchgänge für die Fixiermittel sind symmetrisch um eine Mittenachse des kreisringförmigen Segments und homogen entlang einer Bogenlänge des kreisringförmigen Segments angeordnet. Die Anzahl der paarweisen Aufnahmeöffnungen ist größer als die Anzahl der Durchgänge.
Den größten Vorteil bringt eine zusätzliche Segmentierung der Rotorbleche des Rotorblechpakets in Kombination mit den Fixiermitteln, die durch entsprechende Durchgänge des Rotorblechpakets geführt sind. Bevorzugt sind die Fixiermittel als Schrauben oder Nieten ausgebildet. Diese Verbesserungen werden abhängig von der Anzahl der im Rotorblechpaket unterzubringenden Magnetpolpaare und der Anzahl der zu verwendenden Schrauben radial gleichmäßig geteilt in einem Segment verteilt.
Dadurch kann eine deutlich höhere Ausnutzung des Stanzbleches erreicht werden. Da alle Segmente aus dem geometrisch gleichen Stanzteil bestehen, kann jedes der Segmente in jeder Lage im Rotorblechpaket verbaut werden. Dies hält das Handling und die Logistik einfach.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform hat das erste Verbindungssystem ein erstes Verbindungselement, ein zweites Verbindungselement und ein drittes Verbindungselement ausgeformt, die sich in ihrer Form unterscheiden. Das zweite Verbindungssystem hat ein erstes komplementäres Verbindungselement, ein zweites komplementäres Verbindungselement und ein drittes komplementäres Verbindungselement ausgeformt, die sich in ihrer Form unterscheiden. Für die Verbindung der einzelnen Segmente zu einem geschlossenen Kreisring, wirkt das erste Verbindungselement mit dem erste komplementären Verbindungselement eines nachfolgenden kreisringförmigen Segments, das zweite Verbindungselement mit dem zweiten komplementären Verbindungselement des nachfolgenden kreisringförmigen Segments und das dritte Verbindungselement mit dem dritten komplementären Verbindungselement des nachfolgenden kreisringförmigen Segments formschlüssig zusammen.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform der gestapelten und aus den kreisringförmigen Segmenten bestehenden Blechringe, sind die Durchgänge im Rotorblechpaket derartig angeordnet, dass die Durchgänge fluchten und in jedem der Durchgänge des Rotorblechpakets jeweils ein Fixiermittel verläuft. Die Fixiermittel können alle an einer Haltescheibe für das Rotorblechpaket fixiert werden.
Durch Verwendung einer Fixierung mittels Verschraubung oder Vernietung sind keine Vollringe (durchgehende Blechringe) mehr notwendig. Den größten Vorteil bringt die Segmentierung des Rotorblechpakets (Rotorstacks) in Kombination mit genannter Verschraubung oder Vernietung. Diese Verbesserungen sind abhängig von der Anzahl der Magnetpolpaare und der zu verwendenden Schrauben oder Nieten pro Segment. Die Schrauben oder Nieten sind radial gleichmäßig verteilt und versprechen eine deutlich höhere Ausnutzung des Bleches, aus dem die einzelnen Segmente gestanzt werden. Da alle Segmente aus dem geometrisch gleichen Stanzteil bestehen, kann das Segment beliebig und in jeder Lage im Rotor verbaut werden, was das Handling und die Logistik einfach hält.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung sind die aus den kreisringförmigen Segmenten bestehenden Blechringe derart einzeln oder in Gruppen gestapelt, dass die Stoßstellen der Blechringe in Richtung einer Achse des Rotorblechpakets fluchten.
Gemäß einer möglichen weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die aus den kreisringförmigen Segmenten bestehenden Blechringe derart gestapelt, dass Stoßstellen aller Blechringe gegeneinander um einen halben Winkelbetrag des kreisringförmigen Segments versetzt sind.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die aus den kreisringförmigen Segmenten bestehenden Blechringe in Gruppen gestapelt. In jeweils einer Gruppe sind die aus den kreisringförmigen Segmenten bestehenden Blechringe derart angeordnet, dass die Stoßstellen der Blechringe in Richtung einer Achse des Rotorblechpakets fluchten. Die Gruppen sind derart im Blechpaketstapel angeordnet, dass die Stoßstellen in Richtung der Achse aufeinanderfolgender Gruppen gegeneinander um einen halben Winkelbetrag des kreisringförmigen Segments versetzt sind.
Bei der Stapelung der Blechringe aus den einzelnen, kreisringförmigen Segmenten gibt es verschiedene mögliche Konzepte, wie dies z.B. oben beschrieben wurde (Stoß auf Stoß, oder alternierend segmentiert). Die Verbindung der einzelnen Segmente zum Blechring kann dabei beispielsweise formschlüssig erfolgen. Die einzelnen Segmentebenen können hierbei nach jeder einzelnen Blechlage rotatorisch in ihrer Lage verändert werden, um die Stoßstellen bestmöglich zu verteilen, was einen hohen Handlings-Aufwand mit sich bringt. Eine alternative Ausführungsform wäre es, eine bestimmte Anzahl an segmentierten Blechringen zu einer Gruppe zu stapeln. Die so entstandene Gruppe aus segmentierten Blechringen (mehrere einzelne Blechringe) kann gegenüber einer nachfolgenden Gruppe verdreht werden. Dabei sind die Stoßstellen nicht innerhalb der einzelnen Blechringe der Gruppe verdreht, bilden aber einen guten Kompromiss aus Handling und Verlustminimierung.
Gemäß möglichen Ausführungsformen des segmentierten Blechrings der gegenwärtigen Erfindung kann dieses aus drei Segmenten oder aus fünf Segmenten aufgebaut sein. Die Anzahl der Segmente pro Blechring richtet sich in Wesentlichen nach der Anzahl der Durchgänge und der Anzahl der Aufnahmeöffnungen für Permanentmagnete pro Segment. Zusätzlich sollte die Zahl der Durchgänge und die Anzahl der Aufnahmeöffnungen für Permanentmagnete über den Umfang des segmentierten Blechrings homogen verteilt sein.
Der Kerngedanke der gegenwärtigen Erfindung liegt in der „Schlüssel-Loch-Verbindung“ (formschlüssige Verbindung) der einzelnen Segmente im Blechring und der Verdrehung der aufeinanderfolgenden Blechringe (Mauerwerksfunktion der aufeinanderfolgenden Blechringe).
Gemäß einem möglichen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Blechring aus 3 kreisringförmigen Segmenten mit jeweils 120 Grad bestehen. In einem Werkzeug werden die einzelnen kreisringförmigen Segmente zu einem Blechring verklinscht. Zwei aufeinanderfolgende Blechringe werden anschließend um die halbe Gradzahl des kreisringförmigen Segments verdreht. Dadurch liegt jeder einzelne Blechring oder jede Gruppe an Blechringen um 60 Grad verdreht gegenüber den benachbarten Blechringen oder jeder Gruppe von Blechringen. Dabei fluchten die Durchgänge für die Fixiermittel und die Aufnahmeöffnungen für die Permanentmagnete. Durch die Verdrehung entsteht die oben erwähnte „Mauerwerksfunktion“.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Rotorblechpakets für einen Rotor einer permanenterregten elektrischen Maschine werden zunächst mehrere kreisringförmige und identische Segmente aus einem Blech ausgestanzt. Dabei hat jedes der kreisringförmigen Segmente in Umfangsrichtung an einer ersten Stirnseite ein Verbindungsystem und an einer zweiten Stirnseite ein komplementäres Verbindungssystem. Ebenso sind in jedem der identischen Segmente mehrere paarweise und V-förmig zueinander angeordnete Aufnahmeöffnungen für Permanentmagnete und mehrere Durchgänge für jeweils ein Fixiermittel ausgebildet.
Aus einer definierten Anzahl der mehreren kreisringförmigen und identischen Segmente kann ein Blechring (z.B. durch Verklinschen der Segmente) gebildet werden. Hierzu wirkt das Verbindungsystem der ersten Stirnseite eines kreisringförmigen Segments formschlüssig mit dem komplementären Verbindungsystem an der zweiten Stirnseite der nachfolgenden kreisringförmigen Segmente zusammen. Die aus den kreisringförmigen Segmenten komplettierten Blechringe werden derart gestapelt, dass die Aufnahmeöffnungen für Permanentmagnete und die Durchgänge für die Fixiermittel aller im Rotorblechpaket gestapelten Blechringe fluchten. Das Rotorblechpaket kann gemäß einer möglichen Ausführungsform mit jeweils einem Fixiermittel durch je einen der Durchgänge des Rotorblechpakets an einer Haltescheibe fixiert werden.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass zur Fixierung (Verschraubung oder Vernietung) des Rotorblechpakets kein vollständig zylindrischer Rotorträger notwendig ist. Es reicht, wenn für das Rotorblechpaket lediglich ein Zentriersitz ausgebildet ist. Die Zentrierung kann aber auch komplett während der Montage des Rotorblechpakets über ein passendes Werkzeug ausgeführt werden.
Eine weitere Ausführungsform kann sein, den Rotorträger als rohrförmiges Trägerelement vollständig wegzulassen und das Rotorblechpaket an einer Haltescheibe zu befestigen. Daran können auch weitere Teile eines Hybridmoduls befestigt werden. Die Haltescheibe könnte ebenso als Druckplatte der Kupplung genutzt werden. Dadurch steigt der Anteil der Funktionsintegration und der erschlossene radiale Bauraum könnte für eine Drehmomentsteigerung der E-Maschine genutzt werden.
Weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Verformung der Baugruppe, welche lediglich durch die Fliehkraft verursacht wird. Die Befestigungsart der Verschraubung/Vernietung verursacht keine Verformung, wie es hingegen bei einem Querpressverband der Fall ist.
Anhand der beigefügten Zeichnungen werden nun die Erfindung und ihre Vorteile durch Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dadurch die Erfindung auf das gezeigte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.

1 zeigt eine Draufsicht auf ein Blech, aus dem ein Blechring gemäß dem Stand der Technik für ein Rotorblechpaket ausgestanzt wird.
2 zeigt eine Seitenansicht des Rotorblechpakets, das aus mehreren Blechringen der 1 gebildet ist.
3 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Blechring, der aus einer Vielzahl von kreisringförmigen Segmenten gebildet ist.
4 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Blech; aus dem, gemäß der Erfindung, die kreisringförmigen Segmente für den Blechring der 3 ausgestanzt werden.
5 zeigt eine Draufsicht auf einen Blechring, der aus mehreren kreisringförmigen Segmenten gemäß der Erfindung gebildet ist.
6 eine perspektivische Ansicht des Blechrings, der aus den mehreren kreisringförmigen Segmenten gemäß der Erfindung gebildet ist.
7 zeigt eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes kreisringförmiges Segment.
8 zeigt eine Seitenansicht des Rotorblechpakets, das gemäß einer Ausführungsform aus mehreren segmentierten Blechringen der 5 gebildet ist.
9 zeigt eine Seitenansicht des Rotorblechpakets, das gemäß einer weiteren Ausführungsform aus mehreren segmentierten Blechringen der 5 gebildet ist.
10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines montierten Rotorblechpakets.
11 zeigt eine Schnittansicht eines montierten Rotorblechpakets
12 zeigt eine perspektivische Ansicht eines montierten Rotorblechpakets aus 11.

Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die Figuren stellen lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung dar, ohne jedoch die Erfindung auf die dargestellten Ausführungsbeispiele zu beschränken.
1 zeigt eine Draufsicht auf ein Blech 9, aus dem ein Blechring 10 gemäß dem Stand der Technik für den Ausbau eines Rotorblechpakets 1 ausgestanzt wird. In 2 ist eine Seitenansicht des Rotorblechpakets 1 dargestellt, das aus den mehreren Blechringen 10 des Standes der Technik gebildet ist. Aufgrund der Montagebedingungen, wie z.B. durch Querpressverband, Verschraubung, Vernietung und Ähnlichem, sind die Blechringe 10 des Rotorblechpakets 1 als Vollringe ausgeführt. Dies bedeutet aber enorm hohe Stanzverschnitte bei der Fertigung dieser Vollringe (Einzelbleche).
3 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Blechring 10, der aus einer Vielzahl von Kreisringsegmenten 12 gebildet ist. In 4 ist eine schematische Draufsicht auf ein Blech 9 dargestellt; aus dem, gemäß der Erfindung, die Kreisringsegmente 12 für den Blechring 10 der 3 ausgestanzt werden. Alle der ausgestanzten Kreisringsegmente 12 sind identisch. Aus den Kreisringsegmenten 12 wird der Blechring 10 erstellt. Durch die Anordnung der Kreisringsegmente 12 ist eine deutlich höhere Ausnutzung des Bleches 9 möglich. Es besteht z.B. die Möglichkeit, ein Stanzwerkzeug (nicht dargestellt) mit mehreren Nestern zu verwenden, oder aber, das Blech 9 unter dem Stanzwerkzeug zu verschieben. Alle Kreisringsegmente 12 sind geometrisch identisch ausgeführt.
5 zeigt eine Draufsicht auf zwei übereinander angeordnete Blechringe 10, die beide aus mehreren Kreisringsegmenten 12 gemäß der Erfindung gebildet sind. Die Draufsicht zeigt zwei Segmentebenen. Die Kreisringsegmente 12 des oberen Blechrings 10 sind durch die gestrichelten Linien gekennzeichnet. Die Kreisringsegmente 12 des unteren Blechrings 10 sind durch die gestrichelt-gepunkteten Linien gekennzeichnet.
Die Durchgänge 22 für die Fixiermittel (hier nicht dargestellt) und die paarweise angeordneten Aufnahmeöffnungen 20 für die Permanentmagnete sind rotationssymmetrisch an jedem der Blechringe 10 verteilt. Bei der hier dargestellten Ausführungsform besteht jeder der Blechringe 10 aus fünf kreisringförmigen Segmenten 12. Der obere Blechring 10 ist gegenüber dem unteren Blechring 10 um einen halben Winkelbereich (Bogenlänge B) des kreisringförmigen Segmentes 12 verdreht. Aus 5 ist eindeutig zu erkennen, dass trotz der Verdrehung die Durchgänge 22 der gestapelten beiden, aus den kreisringförmigen Segmenten 12 bestehenden, Blechringe 10 fluchten. Ebenso fluchten die paarweise angeordneten Aufnahmeöffnungen 20 für Permanentmagnete (hier nicht dargestellt). Durch die Verdrehung des oberen Blechrings 10 gegenüber dem unteren Blechring 10, sind die Stoßstellen 25 zwischen den kreisringförmigen Segmenten 12 des oberen Blechrings 10 und den kreisringförmigen Segmenten 12 des unteren Blechrings 10 entsprechend verdreht.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht des Blechrings 10, der aus den mehreren Kreisringsegmenten 12 gemäß der Erfindung gebildet ist. Die gestrichelten Linien markieren eines der mehreren Kreisringsegmente 12. Ebenso sind die entlang des Umfangs des Blechrings 10 gleich verteilten, paarweise angeordneten Aufnahmeöffnungen 20 und die Durchgänge 22 zu erkennen.
7 zeigt eine Draufsicht auf eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen kreisringförmigen Segments 12. Jedes kreisringförmige Segment 12 weist in Umfangsrichtung U eine erste Stirnseite 14 mit einem Verbindungsystem 4 auf. Ferner weist das kreisringförmige Segment 12 eine zweite Stirnseite 16 auf. Die erste Stirnseite 14 hat ein Verbindungsystem 4 ausgebildet, dass während des Stanzprozesses gebildet wird. Die zweite Stirnseite 16 hat ein zum Verbindungssystem 4 komplementäres Verbindungsystem 6 ausgebildet, das ebenfalls während des Stanzprozesses gebildet wird.
Bei der hier dargestellten Ausführungsform, welche nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden soll, besteht das erste Verbindungssystem 4 aus einem ersten Verbindungselement 5₁ , einem zweiten Verbindungselement 5₂ und einem dritten Verbindungselement 5₃ , die sich in ihrer Form unterscheiden. Das zweite Verbindungssystem 6 besteht aus einem ersten komplementären Verbindungselement 7_1, einem zweiten komplementären Verbindungselement 7₂ und einem dritten komplementären Verbindungselement 7₃ , die sich ebenfalls in ihrer Form unterscheiden. Das erste Verbindungselement 5₁ wirkt mit dem ersten komplementären Verbindungselement 7₁ eines nachfolgenden kreisringförmigen Segments 12 formschlüssig zusammen. Das zweite Verbindungselement 5₂ wirkt mit dem zweiten komplementären Verbindungselement 7₂ des nachfolgenden kreisringförmigen Segmentes 12 formschlüssig zusammen. Das dritte Verbindungselement 5₃ wirkt mit dem dritten komplementären Verbindungselement 7₃ des nachfolgenden kreisringförmigen Segments 12 formschlüssig zusammen.
Jedes der kreisringförmigen Segmente 12 hat ausgestanzte Aufnahmeöffnungen 20 für Permanentmagnete und die mehreren Durchgänge 22 ausgebildet, die symmetrisch um eine Mittenachse M des kreisringförmigen Segments 12 angeordnet sind. Ferner sind die Aufnahmeöffnungen 20 für Permanentmagnete und die mehreren Durchgänge 22 homogen entlang einer Bogenlänge B des kreisringförmigen Segments 12 angeordnet.
8 zeigt eine Seitenansicht des Rotorblechpakets 1, das gemäß einer Ausführungsform aus mehreren segmentierten Blechringen 10 der 5 gebildet ist. Die aus den einzelnen kreisringförmigen Segmenten 12, die erfindungsgemäß zusammengebaut wurden, bestehenden Blechringe 10 sind derart einzeln oder in Gruppen gestapelt, dass die Stoßstellen 25 aller Blechringe 10 in Richtung einer Achse A des Rotorblechpakets 1 fluchten.
9 zeigt eine Seitenansicht des Rotorblechpakets 1, das gemäß einer weiteren Ausführungsform aus mehreren segmentierten Blechringen 10 der 5 gebildet ist. Die aus den kreisringförmigen Segmenten 12 bestehenden Blechringe 10 können einzeln oder in Gruppen gestapelt sein. Bei hier gezeigten Ausführungsform sind die Blechringe 10 derart gestapelt, dass die Stoßstellen 25 aller Blechringe 10 des Rotorblechpakets gegeneinander um einen halben Winkelbetrag des kreisringförmigen Segmentes 12 versetzt sind.
10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines montierten Rotorblechpakets 1. Bei der hier dargestellten Ausführungsform werden als Fixiermittel 23 Schrauben verwendet, die die aus den kreisringförmigen Segmenten 12 (siehe 7) bestehenden Blechringe 10 des Rotorblechpakets 1 auf einer Haltescheibe 11 fixieren. Durch die Verwendung einer Verschraubung oder Vernietung können die aus den kreisringförmigen Segmenten 12 (siehe 7) bestehenden Blechringe 10 verwendet werden. Zur Stapelung der einzelnen Blechringe 10 kann ein zylindrischer Rotorträger 30 verwendet werden, der lediglich einen Zentriersitz für die Blechringe 10 darstellt. Es ist für die Montage der Blechringe 10 somit kein vollständig zylindrischer Rotorträger 30 mehr notwendig. Wie bereits oben erwähnt, werden die einzelnen Blechringe 10 derart gestapelt, dass die Durchgänge 22 für die Fixiermittel 23 und die Aufnahmeöffnungen 20 für Permanentmagnete über die gesamte axiale Länge des Rotorblechpakets 1 fluchten.
11 zeigt eine Schnittansicht eines montierten Rotorblechpakets 1 und 12 zeigt eine perspektivische Ansicht eines montierten Rotorblechpakets 1 aus 11. Bei der in den 11 und 12 gezeigten Ausführungsformen ist der Rotorträger 30 als rohrförmiges Trägerelement vollständig wegzulassen und das Rotorblechpaket 1 ist an der Haltescheibe 11 befestig. Wie aus 11 ersichtlich, sind die Fixiermittel 23 als Schrauben ausgeführt. Die Schrauben 23 verlaufen in den Durchgängen 22 der gestapelten Blechringe 10 und wirken zur Fixierung des Rotorblechpakets 1 mit der Haltescheibe 11 zusammen.
Es wird angenommen, dass die vorliegende Offenbarung und viele der darin erwähnten Vorteile durch die vorhergehende Beschreibung verständlich werden. Es ist offensichtlich, dass verschiedene Änderungen in Form, Konstruktion und Anordnung der Bauteile durchgeführt werden können, ohne von dem offenbarten Gegenstand abzuweichen. Die beschriebene Form ist lediglich erklärend, und es ist die Absicht der beigefügten Ansprüche, solche Änderungen zu umfassen und einzuschließen. Dementsprechend sollte der Umfang der Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche beschränkt sein.
Bezugszeichenliste

1: Rotorblechpaket
4: Verbindungssystem
5₁: erstes Verbindungselement
5₂: zweites Verbindungselement
5₃: drittes Verbindungselement
6: komplementäres Verbindungssystem
7₁: erstes komplementäres Verbindungselement
7₂: zweites komplementäres Verbindungselement
7₃: drittes komplementäres Verbindungselement
9: Blech
10: Blechring
11: Haltescheibe
12: kreisringförmiges Segment
14: erste Stirnseite
16: zweite Stirnseite
20: Aufnahmeöffnungen für Permanentmagnete
22: Durchgang
23: Fixiermittel
25: Stoßstelle
30: Rotorträger
A: Achse
B: Bogenlänge
M: Mittenachse
U: Umfangsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009052596 A1 [0003]
DE 102010005490 A1 [0004]
DE 102011018619 A1 [0005]
DE 102011115159 A1 [0006]
DE 102012019182 A1 [0007]
DE 102013000404 A1 [0008]
DE 102013204790 A1 [0009]
DE 102015206974 [0010]
EP 2466732 B1 [0011]
DE 102017201438 [0012]
JP 2012019623 A1 [0013]
CN 207939332 U [0014]
CN 207339463 U [0015]
JP H08168222 [0016]
DE 502016003319 T1 [0017]
EP 3306786 B1 [0017]

Claims

Rotorblechpaket (1) für einen Rotor einer permanenterregten elektrischen Maschine, wobei das Rotorblechpaket (1) aus einer Vielzahl von Blechringen (10) besteht, jeder der Blechringe (10) aus einer Vielzahl von kreisringförmigen Segmenten (12) besteht, und jedes der kreisringförmigen Segmente (12) in Umfangsrichtung (U) eine erste Stirnseite (14) mit einem Verbindungsystem (4) und eine zweite Stirnseite (16) mit einem komplementären Verbindungssystem (6) aufweist; dadurch gekennzeichnet, - dass jedes kreisringförmige Segment (12) mehrere paarweise und V-förmig zueinander angeordnete Aufnahmeöffnungen (20) für Permanentmagnete aufweist; und - dass mehrere Durchgänge (22), für jeweils ein Fixiermittel (23) des Rotorblechpakets (1) vorgesehen sind, wobei die Aufnahmeöffnungen (20) für Permanentmagnete und die mehreren Durchgänge (22) symmetrisch um eine Mittenachse (M) des kreisringförmigen Segments (12) und homogen entlang einer Bogenlänge (B) des kreisringförmigen Segments (12) angeordnet sind und die Anzahl der paarweisen Aufnahmeöffnungen (20) größer ist als die Anzahl der Durchgänge (22).
Rotorblechpaket (1) nach Anspruch 1, wobei das erste Verbindungssystem (4) ein erstes Verbindungselement (5₁), ein zweites Verbindungselement (5₂) und ein drittes Verbindungselement (5₃) ausgeformt hat, die sich in ihrer Form unterscheiden, das zweite komplementäre Verbindungssystem (6) ein erstes komplementäres Verbindungselement (7₁), ein zweites komplementäres Verbindungselement (7₂) und ein drittes komplementäres Verbindungselement (7₃) ausgeformt hat, die sich in ihrer Form unterscheiden und das erste Verbindungselement (5₁) mit dem ersten komplementären Verbindungselement (7₁) eines nachfolgenden kreisringförmigen Segments (12), das zweite Verbindungselement (5₂) mit dem zweiten komplementären Verbindungselement (7₂) des nachfolgenden kreisringförmigen Segments (12) und das dritte Verbindungselement (5₃) mit dem dritten komplementären Verbindungselement (7₃) des nachfolgenden kreisringförmigen Segments (12) formschlüssig zusammenwirkt.
Rotorblechpaket (1) für einen Rotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Durchgänge (22) der gestapelten, aus den kreisringförmigen Segmenten (12) bestehenden Blechringen (10) fluchten und durch jeden der Durchgänge (22) des Rotorblechpakets (1) jeweils ein Fixiermittel (23) verläuft, die alle an einer Haltescheibe (11) für das Rotorblechpaket (1) fixiert sind.
Rotorblechpaket (1) für einen Rotor nach Anspruch 3, wobei die Fixiermittel (23) Schrauben oder Nieten sind.
Rotorblechpaket (1) für einen Rotor nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die aus den kreisringförmigen Segmenten (12) bestehenden Blechringe (10) derart einzeln oder in Gruppen gestapelt sind, dass Stoßstellen (25) der Blechringe (10) in Richtung einer Achse (A) des Rotorblechpakets (1) fluchten.
Rotorblechpaket (1) für einen Rotor nach einem der voranstehenden Ansprüche 1-4, wobei die aus den kreisringförmigen Segmenten (12) bestehenden Blechringe (10) derart einzeln oder in Gruppen gestapelt sind, dass Stoßstellen (25) aller Blechringe (10) des Rotorblechpakets (1) oder die Stoßstellen (25) der Gruppen gegeneinander um einen halben Winkelbetrag des kreisringförmigen Segments (12) versetzt sind.
Rotorblechpaket (1) für einen Rotor nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei jeder Blechring (10) des Rotorblechpakets (1) aus drei Segmenten (12) oder aus fünf Segmenten (12) aufgebaut ist.
Verfahren zur Herstellung eines Rotorblechpakets (1) für einen Rotor einer permanenterregten elektrischen Maschine, umfassend die folgenden Schritte: - dass mehrere kreisringförmige und identische Segmente (12) aus einem Blech (9) ausgestanzt werden, so dass jedes der kreisringförmigen Segmente (12) in Umfangsrichtung (U) an einer ersten Stirnseite (14) ein Verbindungsystem (4), an einer zweiten Stirnseite (16) ein komplementäres Verbindungssystem (6), mehrere paarweise und V-förmig zueinander angeordnete Aufnahmeöffnungen (20) für Permanentmagnete und mehrere Durchgänge (22) für jeweils ein Fixiermittel (23) ausgebildet hat; - dass aus einer definierten Anzahl der mehreren kreisringförmigen und identischen Segmente (12) ein Blechring (10) dadurch gebildet wird, dass das Verbindungsystem (4) der ersten Stirnseite (14) eines kreisringförmigen Segmentes (12) formschlüssig mit dem komplementären Verbindungsystem (6) an der zweiten Stirnseite (16) des nachfolgenden kreisringförmigen Segments (12) zusammenwirkt; - dass die mit den kreisringförmigen Segmenten (12) komplettierten Blechringe (10) derart gestapelt werden, dass die Aufnahmeöffnungen (20) für Permanentmagnete und die Durchgänge (22) für die Fixiermittel (23) aller im Rotorblechpaket (1) gestapelten Blechringe (10) fluchten; und - dass das Rotorblechpaket (1) mit jeweils einem Fixiermittel (23) durch je einen der Durchgänge (22) des Rotorblechpakets (1) an einer Haltescheibe (11) fixiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die aus den kreisringförmigen Segmenten (12) bestehenden Blechringe (10) derart einzeln oder in Gruppen gestapelt werden, dass Stoßstellen (25) der Blechringe (10) des Rotorblechpakets (1) in Richtung einer Achse (A) des Rotorblechpakets (1) fluchten.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die aus den kreisringförmigen Segmenten (12) bestehenden Blechringe (10) derart einzeln oder in Gruppen gestapelt werden, dass Stoßstellen (25) aller Blechringe (10) des Rotorblechpakets (1) oder die Stoßstellen (25) der Gruppen gegeneinander um einen halben Winkelbetrag des kreisringförmigen Segments (12) versetzt sind.