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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Komponente für einen Rotor einer Antriebseinrichtung eines Fahrzeugs.
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Durch den Einsatz einer Elektromaschine zum Antrieb eines Fahrzeuges steigen Anforderungen gegenüber der Akustik und Performance bei gleichzeitiger Reduzierung der Verluste.
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Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Komponente für einen Rotor einer Antriebseinrichtung eines Fahrzeugs gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine Komponente für einen Rotor einer Antriebseinrichtung eines Fahrzeugs geschaffen wird, die zumindest eine Magnetaufnahmeöffnung aufweisen kann, wobei eine Barriereöffnung der Magnetaufnahmeöffnung mit einer Füllmasse gefüllt werden kann. Die Füllmasse kann über eine Füllmasseeinfüllöffnung in die Barriereöffnung eingebracht werden.
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Eine Komponente für einen Rotor einer Antriebseinrichtung eines Fahrzeugs weist zumindest eine Magnetaufnahmeöffnung auf, wobei die Magnetaufnahmeöffnung zumindest eine Barriereöffnung ausbildet. Die Barriereöffnung ist ausgebildet, um eine Füllmasse aufzunehmen und wobei die Magnetaufnahmeöffnung ferner zumindest eine Füllmasseeinfüllöffnung ausbildet, die fluidisch mit der Barriereöffnung verbunden ist.
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Bei einer Antriebseinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Einrichtung zum Antreiben eines Fahrzeugs handeln. Die Antriebseinrichtung kann mehrere Komponenten aufweisen. Unter einem Rotor kann ein bewegliches, rotierendes Teil der Antriebseinrichtung verstanden werden. Der Rotor kann eine oder mehrere Varianten der hier vorgestellten Komponente umfassen. Bei einer Magnetaufnahmeöffnung kann es sich um eine Öffnung zur Aufnahme eines Magneten handeln. Bei dem Magneten kann es sich um einen Permanentmagneten handeln, der ein Magnetfeld erzeugen kann. Unter einer Barriereöffnung kann eine Barriere zum Reduzieren von Streuflüssen eines Magnetfeldes verstanden werden, die beispielsweise durch ein Material gebildet ist, das sich von einem weiteren Material der Komponente unterscheidet. Beispielsweise kann die Barriereöffnung Luft oder ein Kunststoffmaterial aufweisen, während die Komponente aus einem metallischen Material hergestellt ist oder ein metallisches Material aufweist. Unter einer Füllmasse kann beispielsweise eine Kunststoffmasse verstanden werden, die über eine Füllmasseeinfüllöffnung in die Barriereöffnung eingebracht werden kann. Durch das Befüllen der an Magnetaufnahmeöffnungen vorgesehenen Barriereöffnungen kann beispielsweise das Setzverhalten der Magnete in der Magnetaufnahmeöffnung verbessert werden und damit über die Zeit eine Unwucht des Rotors bei einer Drehung der Antriebsmaschine vermieden oder zumindest minimiert und somit ein Rundlaufverhalten verbessert werden. Durch die Wahl der magnetischen Eigenschaften der Füllmasse können die magnetischen Eigenschaften der mit der Füllmasse verfüllten Barriereöffnung eingestellt werden.
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Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht eine Multilayer-Magnetanordnung in einem Rotorblechpaket, wobei ein solches Bleck des Blechpakets beispielsweise durch eine Variante der hier vorgestellten Komponente realisiert sein kann. Dadurch kann eine hohe Leistungsdichte und eine hohe Drehmomentdichte realisiert werden. Zudem können Schleppverluste verringert werden und eine Festigkeit bis in höchste Drehzahlbereiche ermöglicht werden.
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Der hier vorgestellte Ansatz kann ferner eine Komponente für einen Rotor schaffen, die bei einem Verbau in den Rotor ein zuverlässiges Verhältnis an mechanischen und elektromagnetischen Anforderungen ermöglicht, um somit die Performance der Antriebmaschine mit einem derart ausgestalteten Rotor zu erhöhen und die akustische Störung und elektromagnetische Verluste zu reduzieren.
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Die zumindest eine Füllmasseeinfüllöffnung kann radial innenliegend in Bezug auf die Barriereöffnung und/oder die Magnetaufnahmeöffnung angeordnet sein. Dies bietet den Vorteil, dass bei einem Einspritzen des Füllmaterials dieses Füllmaterial möglichst von der Magnetaufnahmeöffnung weg gespritzt wird, sodass ein ungewünschtes Befüllen eines Teils der Magnetaufnahmeöffnung, in die der Magnet eingesteckt werden soll oder ist, nicht bevorzugt mit dem Füllmaterial beaufschlagt wird. Hierdurch kann eine Fehlfunktion durch ein Fehlen von Füllmasse in der Barriereöffnung oder ein ungewünschtes Einbringen der Füllmasse in den Bereich des Magneten und einer eventuellen Fehlpositionierung verhindert oder zumindest verringert werden.
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In die Magnetaufnahmeöffnung kann zumindest ein Vorsprung zum Halten eines Magneten in der Magnetaufnahmeöffnung hineinragen. Dies bietet den Vorteil, dass der Magnet zuverlässig in der Magnetaufnahmeöffnung gehalten werden kann und ein Herausrutschen des Magneten aus der Magnetaufnahmeöffnung verhindert werden kann.
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Der Vorsprung kann einen Magnethaltebereich von der Barriereöffnung trennen. Dies bietet den Vorteil, dass eine einfache und zugleich effiziente Halterung des Magneten ermöglicht wird, wobei zugleich auch eine effiziente Führung der Magnetfeldlinien durch eine an die Magnetaufnahmeöffnung unmittelbar angrenzende Barriereöffnung realisiert werden kann.
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Der Vorsprung kann auf einer der Füllmasseeinfüllöffnung gegenüberliegenden Seite der Barriereöffnung angeordnet sein. Dies bietet den Vorteil, dass die Füllmasseeinfüllöffnung sehr nah an der Barriereöffnung platziert werden kann, wobei dennoch eine sichere Halterung des Magneten in der Magnetaufnahmeöffnung durch den Vorsprung gewährleistet werden kann.
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Die Füllmasseeinfüllöffnung kann zumindest abschnittsweise kreisförmig ausgeformt sein. Dies bietet den Vorteil, dass ein im Querschnitt meist (kreis-) rundes Spritzgießwerkzeug einfach in die Füllmasseeinfüllöffnung eingefügt, durch eine Drehung eine Spritzrichtung für das Einspritzen der Füllmasse sicher ausgewählt und das Spritzgießwerkzeug problemlos wieder entnommen werden kann, sodass eine schnelle, sichere und effiziente Befüllung der Barriereöffnung von der Füllmasseeinfüllöffnung ermöglicht wird.
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Die Magnetaufnahmeöffnung kann eine weitere Barriereöffnung ausbilden, insbesondere wobei die Barriereöffnung und die weitere Barriereöffnung an gegenüberliegenden Seiten der Magnetaufnahmeöffnung angeordnet sein können. Dies bietet den Vorteil, dass zwischen der Barriereöffnung und der weiteren Barriereöffnung ein Magnet angeordnet sein kann, sodass eine flexible Führung der Magnetfeldlinien durch die Barriereöffnung und die weitere Barriereöffnung bzw. an der Barriereöffnung und die weitere Barriereöffnung vorbei ermöglicht wird, die jedoch einzeln oder beide mit einer Füllmasse befüllt sein können.
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Der Magnethaltebereich kann zwischen der Barriereöffnung und der weiteren Barriereöffnung angeordnet sein. Dies bietet den Vorteil, dass in dem Magnethaltebereich ein Magnet angeordnet werden kann, dessen Magnetflusspfade von der Barriereöffnung und der weiteren Barriereöffnung zuverlässig gelenkt werden können.
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Die Magnetaufnahmeöffnung kann eine weitere Füllmasseeinfüllöffnung aufweisen, die fluidisch mit der weiteren Barriereöffnung verbunden sein kann, insbesondere wobei die Füllmasseeinfüllöffnung und die weitere Füllmasseeinfüllöffnung im Bereich gegenüberliegenden Seiten der Magnetaufnahmeöffnung ausgebildet sein können. Dies bietet den Vorteil, dass die Befüllung der Barriereöffnung und der weiteren Barriereöffnung effizient vorgenommen werden kann, da eine schnelle Umpositionierung eines Füllstutzens durch einen kleinen Versatzweg oder eine Befüllung mit einem kleinen Doppelfüllstutzen ermöglicht wird, ohne dass ein großer Bewegungsraum für die Befüllung vorzusehen ist.
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Die Komponente für eine Antriebseinrichtung kann eine zusätzliche Magnetaufnahmeöffnung aufweisen. Die zusätzliche Magnetaufnahmeöffnung kann zumindest eine zusätzliche Barriereöffnung ausbilden. Die zumindest eine zusätzliche Barriereöffnung kann ausgebildet sein, um eine zusätzliche Füllmasse aufzunehmen. Die zusätzliche Magnetaufnahmeöffnung kann ferner zumindest eine zusätzliche Füllmasseeinfüllöffnung ausbilden, die fluidisch mit der zusätzlichen Barriereöffnung verbunden sein kann, insbesondere wobei die Magnetaufnahmeöffnung und die zusätzliche Magnetaufnahmeöffnung unterschiedliche Größen aufweisen können und zusätzlich oder alternativ wobei die Magnetaufnahmeöffnung und die zusätzliche Magnetaufnahmeöffnung im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sein können. Dies bietet den Vorteil, dass durch die verschiedenen Magnetaufnahmeöffnungen eine sehr flexible Feldlinienführung und ein an die Bedürfnisse bei der Entwicklung der Antriebseinrichtung angepasstes Design dieser Antriebsmaschine vorgenommen werden kann.
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Die Komponente kann eine Mehrzahl von Magnetaufnahmeöffnungen aufweisen, die in einer Magnetlage oder einer Mehrzahl von Magnetlagen angeordnet sein können, insbesondere wobei die Magnetaufnahmeöffnungen v-förmig zueinander angeordnet sein können und zusätzlich oder alternativ wobei die Mehrzahl von Magnetaufnahmeöffnungen gleichartig ausgeformt sind. Die V-förmige Anordnung bietet den Vorteil, dass an einer Außenseite der Komponente bzw. des Rotors eine Konzentration der Feldlinien in bestimmten Bereichen erreicht werden kann, was für die Erzeugung einer großen Kraftwirkung eines derart aufgebauten Rotors vorteilhaft ist. Ferner kann auch das Vorsehen von Magnetaufnahmeöffnungen in unterschiedlichen Magnetlagen eine hohe Packungsdichte von Magneten in der Komponente bzw. dem Rotor erreicht werden, was ebenfalls wieder für die Erzeugung einer großen Kraftwirkung eines derart aufgebauten Rotors vorteilhaft ist.
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In zumindest einer Magnetaufnahmeöffnung kann ein Magnet angeordnet sein, um zumindest einen magnetischen Pol der Komponente auszubilden.
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Die Barriereöffnung und zusätzlich oder alternativ die weitere Barriereöffnung kann mit der Füllmasse gefüllt sein. Weiter kann durch eine gezielte Dimensionierung von einer oder mehrerer Barriereöffnungen, der Realisierung einer vorbestimmten Anzahl von Barriereöffnungen und deren vorbestimmte Positionierung am Rotor ein Rundlaufverhalten des Rotors mit einer oder mehreren derart ausgeformten Komponente(n) optimiert werden und eine vorhandene, beim Betrieb der elektrischen Maschine auftretende Drehmomentwelligkeit gezielt optimiert werden. Diese Maßnahmen können eine verbesserte Lagerung des Rotors und eine reduzierte Geräuschentwicklung der elektrischen Maschine bewirken.
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Der Rotor kann mehrere Schichten aufweisen, die je zumindest eine Magnetaufnahmeöffnung aufweisen kann. Dies bietet den Vorteil, dass durch die Schichten, die je als eine Variante einer hier vorgestellten Komponente ausgebildet sein können, eine kompakte und zugleich sehr leistungsfähige Antriebeinrichtung bereitgestellt werden kann.
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Gegenstand der Erfindung ist weiter eine elektrische Maschine mit einem wir vorstehend erläutert ausgebildeten Rotor.
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Ein Verfahren zum Herstellen einer Variante einer hier vorgestellten Komponente für einen Rotor einer Antriebseinrichtung weist einen Schritt des Erzeugens der Komponente auf, wobei die Komponente zumindest eine Magnetaufnahmeöffnung aufweist, wobei die Magnetaufnahmeöffnung zumindest eine Barriereöffnung ausbildet, wobei die zumindest eine Barriereöffnung ausgebildet ist, um eine Füllmasse aufzunehmen, wobei die Magnetaufnahmeöffnung ferner zumindest eine Füllmasseeinfüllöffnung ausbildet, die fluidisch mit der Barriereöffnung verbunden ist, um die Komponente der Antriebseinrichtung herzustellen. Dies bietet den Vorteil, dass durch eine derartige Vorgehensweise die hier vorgestellten Vorteile schnell und einfach realisiert werden können.
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Eine Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Komponente gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Komponente einer Antriebseinrichtung;
- 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Komponente einer Antriebseinrichtung;
- 4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Komponente einer Antriebseinrichtung; und
- 5 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen einer Komponente einer Antriebseinrichtung.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einer Antriebseinrichtung 105 zum Antreiben des Fahrzeugs 100, die die Komponente 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst. Die Antriebseinrichtung 105 weist beispielsweise mehrere Komponenten gemäß einem oder mehreren hier vorgestellten Ausführungsbeispielen auf, die einzeln oder in der Mehrzahl Teil eines Rotors 115 der Antriebseinrichtung 105 sein können. In diesem Zusammenhang wird angemerkt, dass die Komponente 110 beispielsweise als ein Blech eines Blechpakets (d. h. mehreren gestapelten Komponenten) ausgestaltet sein kann, das einen Teil des Rotors 115 bildet. Die Antriebseinrichtung 105 ist beispielhaft im vorderen Bereich des Fahrzeugs 100 angeordnet. Optional kann die Antriebseinrichtung 105 im hinteren Bereich des Fahrzeugs 100 angeordnet sein. Beispielhaft ist in 1 eine Komponente 110 als Teil der Antriebseinrichtung 105 dargestellt.
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In den nachfolgenden Figuren wird die Komponente 110 näher beschrieben.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Komponente 110 einer Antriebseinrichtung eines Fahrzeugs. Dabei handelt es sich um die in 1 erwähnte Komponente 110 oder um eine ähnliche Komponente.
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Die Komponente 110 ist beispielsweise Teil des Rotors 115. Die Komponente 110 weist zumindest eine Magnetaufnahmeöffnung 205 auf. Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Komponente 110 eine Mehrzahl von Magnetaufnahmeöffnungen 205 und zusätzlichen Magnetaufnahmeöffnungen 225 auf. Insgesamt sind in 2 dreißig Magnetaufnahmeöffnungen 205, 225 dargestellt.
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In jeder Magnetaufnahmeöffnung 205 und jeder zusätzlichen Magnetaufnahmeöffnung 225 ist beispielhaft im fertig montierten Zustand je ein Magnet 207 angeordnet, um zumindest einen Pol 210 auszubilden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde der Pol 210 im unteren rechten Bereich der 2 dargestellt, während die Öffnungen in der Komponente 110 im oberen Bereich näher beschrieben werden. Der Fachmann wird jedoch einfach erkennen, dass das Wirkprinzip durch die gleichartige Anordnung der Öffnungen in allen Bereichen der Komponente analog funktioniert, sodass die Beschreibung an unterschiedlichen Teilen der Komponente inhaltlich nicht relevant ist. Die Magnete 207 sind beispielhaft als Permanentmagnete ausgeformt. Beispielhaft sind in 2 sechs Pole 210 ausgebildet. Jeder Pol 210 wird in dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel durch Magnete 207 in vier Magnetaufnahmeöffnungen 205 und zwei zusätzliche Magnetaufnahmeöffnungen 225 ausgebildet.
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Der Rotor 115 weist mehrere Schichten auf, die als Ausführungsbeispiel einer hier vorgestellten Komponente 110 ausgeführt sein können und beispielsweise je zumindest eine Magnetaufnahmeöffnung 205 und/oder eine zusätzliche Magnetaufnahmeöffnung 225 aufweisen.
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Ferner weist die Komponente 110 eine Mehrzahl von Öffnungen 215 auf, die als Kühllöcher für ein Durchströmen einer Kühlflüssigkeit und/oder Luftlöcher verwendet werden können. Die Öffnungen 215 können auch für Fertigungszwecke vorgesehen sein. In 2 sind beispielhaft sechs Öffnungen 215 dargestellt.
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In der Mitte der Komponente 110 ist beispielhaft eine Aufnahmeöffnung 220 angeordnet. Die Aufnahmeöffnung 220 ist ausgebildet, um beispielsweise eine Welle zum Antreiben der Antriebseinrichtung aufzunehmen. Zusätzlich kann die Welle von einem Kühlmittel zur Kühlung des Rotors durchströmt werden.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Komponente 110 einer Antriebseinrichtung. Dabei handelt es sich beispielsweise um die in 2 erwähnte Komponente 110 oder um eine ähnliche Komponente.
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In 3 ist ein Ausschnitt der Komponente 110 gezeigt, genauer gesagt ein Bereich, in dem ein Pol 210 an einer Außenfläche der Komponente 110 des Rotors 115 bei einem Einstecken von Magneten in die Magnetaufnahmeöffnungen 205 ausgebildet werden. Der Pol 210 entsteht dadurch, dass Magnetfeldlinien, die durch die in die Magnetaufnahmeöffnungen 205 eingesteckten (in der 3 jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten) Magnete hervorgerufen werden über die Barriereöffnungen an eine Außenfläche geführt und dort konzentriert werden.
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Die Magnetaufnahmeöffnungen 205 und die zusätzlichen Magnetaufnahmeöffnungen 225 sind in einer Mehrzahl von Magnetlagen 300, 310, 315 angeordnet. Eine erste Magnetlage 300 ist an einem Außenumfang des Rotors 115 angeordnet und weist eine Magnetaufnahmeöffnung 205 auf. Links und rechts der Magnetaufnahmeöffnung 205 der ersten Magnetlage 300 ist je eine weitere Öffnung 305 angeordnet, die eine dreieckige Form aufweist. Die weiteren Öffnungen 305 sind beispielhaft als Luftspalte ausgebildet.
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Eine zweite Magnetlage 310 weist zwei Magnetaufnahmeöffnungen 205 auf, die v-förmig zueinander angeordnet sind. Eine dritte Magnetlage 315 weist zwei zusätzliche Magnetaufnahmeöffnungen 225 auf, die ebenfalls v-förmig zueinander angeordnet sind. Die zweite Magnetlage 310 und die dritte Magnetlage 315 bzw. deren Magnetaufnahmeöffnungen 225 sind hier parallel zueinander angeordnet. Die Magnetaufnahmeöffnungen 205 in der ersten Magnetlage 300 und der zweiten Magnetlage 310 weisen eine identische Größe auf. Die zusätzlichen Magnetaufnahmeöffnungen 225 in der dritten Magnetlage 315 sind größer als die Magnetaufnahmeöffnungen 205 in der ersten Magnetlage 300 und der zweiten Magnetlage 310.
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Die Magnetaufnahmeöffnungen 205 bilden eine Barriereöffnung 320 und eine weitere Barriereöffnung 325 aus. Die Barriereöffnung 320 und die weitere Barriereöffnung 325 sind an gegenüberliegenden Seiten der Magnetaufnahmeöffnungen 205 angeordnet. Zwischen der Barriereöffnung 320 und der weiteren Barriereöffnung 325 ist ein Magnethaltebereich 327 angeordnet, in dem ein Magnet platziert werden kann.
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Die zusätzlichen Magnetaufnahmeöffnungen 225 bilden eine zusätzliche Barriereöffnung 330 und eine weitere zusätzliche Barriereöffnung 335 aus. Die zusätzliche Barriereöffnung 330 und die weitere zusätzliche Barriereöffnung 335 sind an gegenüberliegenden Seiten der zusätzlichen Magnetaufnahmeöffnungen 225 angeordnet. Der Magnethaltebereich 327 ist zwischen der zusätzlichen Barriereöffnung 330 und der weiteren zusätzlichen Barriereöffnung 335 angeordnet.
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Die Barriereöffnungen 320, 325, 330, 335 sind ausgebildet, um eine Füllmasse aufzunehmen. Dazu bilden die Magnetaufnahmeöffnungen 205 und die zusätzlichen Magnetaufnahmeöffnungen 225 Füllmasseeinfüllöffnungen 340, 345, 350, 355 aus, die fluidisch mit den Barriereöffnungen 320, 325, 330, 335 verbunden sind. Genauer gesagt bilden die Magnetaufnahmeöffnungen 205 die Füllmasseeinfüllöffnungen 340 und die weiteren Füllmasseeinfüllöffnungen 345 aus. Die zusätzlichen Magnetaufnahmeöffnungen 225 bilden die zusätzlichen Füllmasseeinfüllöffnungen 350 und die weiteren zusätzlichen Füllmasseeinfüllöffnungen 355 aus. Die Füllmasseeinfüllöffnung 340 ist fluidisch mit der Barriereöffnung 320 verbunden. Die weitere Füllmasseeinfüllöffnung 345 ist fluidisch mit der weiteren Barriereöffnung 325 verbunden. Die zusätzliche Füllmasseeinfüllöffnung 350 ist fluidisch mit der zusätzlichen Barriereöffnung 330 verbunden. Die zusätzliche weitere Füllmasseeinfüllöffnung 355 ist fluidisch mit der zusätzlichen weiteren Barriereöffnung 330 verbunden.
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Die Füllmasseeinfüllöffnung 340 und die weitere Füllmasseeinfüllöffnung 345 sind im Bereich gegenüberliegender Seiten der Magnetaufnahmeöffnung 205 ausgebildet. Die zusätzliche Füllmasseeinfüllöffnung 350 und die zusätzliche weitere Füllmasseeinfüllöffnung 355 sind im Bereich gegenüberliegender Seiten der zusätzlichen Magnetaufnahmeöffnung 225 ausgebildet.
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Die Barriereöffnungen 320, 325, 330, 335 sind beispielhaft mit der Füllmasse gefüllt, wenn die Komponenten 110 in dem Rotor verbaut ist. Bei der Füllmasse handelt es sich beispielsweise um eine Kunststoffmasse. Die Füllmasse wird über die Füllmasseeinfüllöffnungen 340, 345, 350, 355 in die Barriereöffnungen 320, 325, 330, 335 eingebracht. Die mit der Füllmasse gefüllten Barriereöffnungen 320, 325, 330, 335 sind ausgebildet, um den Magnetfluss der Magnetfelder innerhalb des Rotors 115 zu lenken bzw. zu sperren.
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Die Füllmasseeinfüllöffnungen 340 und die zusätzlichen Füllmasseeinfüllöffnungen 350 sind radial innenliegend angeordnet. Die Füllmasseeinfüllöffnungen 340, 345, 350, 355 sind zumindest abschnittsweise kreisförmig ausgeformt. Hierdurch kann beispielsweise ein runder Einfüllstutzen zum Einbringen der Füllmasse in diese Füllmasseeinfüllöffnungen 350 eingeführt werden, um die Füllmasse möglichst präzise in eine gewünschte Ausbringrichtung abzugeben.
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In die Magnetaufnahmeöffnungen 205 und die zusätzlichen Magnetaufnahmeöffnungen 225 ragt je ein Vorsprung zum Halten eines Magneten in den Magnetaufnahmeöffnungen 205 und zusätzlichen Magnetaufnahmeöffnungen 225 hinein. In 4 wird der Vorsprung näher beschrieben.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Komponente 110 einer Antriebseinrichtung. Dabei handelt es sich um die in 2 und 3 erwähnte Komponente 110 oder um eine ähnliche Komponente, wobei nun ein Bereich vergrößert dargestellt ist.
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In 4 sind die Magnetaufnahmeöffnungen 205 und die zusätzliche Magnetaufnahmeöffnung 225 teilweise dargestellt.
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In die Magnetaufnahmeöffnungen 205 ragt je ein Vorsprung 400 und in die zusätzlichen Magnetaufnahmeöffnungen 225 je ein zusätzlicher Vorsprung 405 zum Halten eines Magneten in den Magnetaufnahmeöffnungen 205 und den zusätzlichen Magnetaufnahmeöffnungen 225 hinein. Die Vorsprünge 400, 405 sind ausgebildet, um den Magnethaltebereich 327 von den Barriereöffnungen 320, 325, 330, 335 zu trennen. Die Vorsprünge 400, 405 sind auf einer der Füllmasseeinfüllöffnungen 345, 355 gegenüberliegenden Seiten der Barriereöffnungen 325, 335 angeordnet.
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Eine Kante der weiteren Öffnung 305, eine Kante der weiteren Barriereöffnung 325 der zweiten Magnetlage 310 und eine Kante der zusätzlichen weiteren Barriereöffnung 335 sind parallel zu dem Außenumfang des Rotors 115 angeordnet. Die Kanten bilden je einen Außensteg. Die Breite der Außenstege sind unterschiedlich breit und werden von der ersten Magnetlage 300, in der die weitere Öffnung 305 angeordnet ist, bis zur dritten Magnetlage 315 breiter.
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Die zusätzliche weitere Barriereöffnung 335 der zusätzlichen Magnetaufnahmeöffnung 225 ist größer als die weiteren Barriereöffnungen 325 der Magnetaufnahmeöffnungen 205.
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die vorstehend beschriebenen Figuren die bereits genannten Ausführungsbeispiele zusammenfassend nochmals kurz und mit anderen Worten erläutert.
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Zum Erlangen einer hohen Leistungsdichte im elektrischen Motor als Antriebseinrichtung bei gleichzeitig hoch bleibendem Wirkungsgrad wird der Reluktanzmoment der Maschine maximiert und der magnetische Fluss im Luftspalt möglichst sinusförmig gestaltet. Weitere Anforderungen an Drehzahlfestigkeit des Rotors und NVH-Verhalten sind berücksichtigt.
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Der hier vorgestellte Ansatz realisiert einen Rotorkern mit sechs Polen 210, bei welchem das Verhältnis von Eisenverlusten, elektromagnetischen Anforderungen, „Noise Vibration Harshness“ - Anforderungen und den Anforderungen an die mechanische Drehzahlfestigkeit des Blechpakets gewährleistet ist.
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Damit der Reluktanzmoment erhöht wird, die Minimierung der Feldoberwellenanteile des Rotors 115 erfolgt und damit die Schleppverluste minimiert werden, ist eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Magnetmasse auf die zur Verfügung stehende Polfläche realisiert, in diesem Fall ein Rotorpol, der drei Magnetlagen 300, 310, 315 aufweist.
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Die erste Magnetlage 300 ist mit einem Magneten bestückt. Die weiteren beiden Magnetlagen 310, 315 weisen zwei jeweils V-förmig angeordnete Magnete auf. Durch die V-förmige Anordnung der Magnete in den beiden unteren Magnetlagen 310, 315 wird die Magnetbesetzung innerhalb des Pols 210 großflächig.
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Die erste Magnetlage 300 wird als die im radial äußeren Umfangsbereich angeordnete Magnetlage gekennzeichnet. Die weiteren Magnetlagen 310, 315 liegen radial innerhalb der ersten Magnetlage 300.
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Das Vorsehen von Barriereöffnungen 320, 325, 330, 335, die auch als Magnetflussbarrieren bezeichnet werden können, ermöglicht bevorzugte Magnetflusspfade. Zur Erreichung der Drehzahlfestigkeit des Rotors 115 sind in dem Blechpaket Stege zwischen den Barriereöffnungen 320, 325, 330, 335, den einzelnen Magnetlagen 300, 310, 315 und Magnetaufnahmeöffnungen 205, 225, die auch als Magnetaufnahmetaschen bezeichnet werden können, geschaffen. Die Barriereöffnungen 320, 325, 330, 335 dienen zum einen der Reduzierung der Streuflüsse innerhalb des Rotors als auch zur Dimensionierung der lasttragenden Stege.
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Bei dem hier vorgestellten Ansatz kommen zwei Arten von Magnetflussbarrieren vor. Die erste Magnetflussbarriere ist die weitere Öffnung 305 und eine von der Magnetaufnahmeöffnung 205 unabhängig in der ersten Magnetlage 300 ausgebildete Magnetflussbarriere, die auch als Kernbarriere bezeichnet werden kann. Die zweite Art der Magnetflussbarriere wird direkt in den Barriereöffnungen 320, 325, 330, 335, angrenzend an den Magneten ausgebildet und kann als Taschenbarriere bezeichnet werden.
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Die weitere Öffnung 305 zur Definierung eines Magnetflusspfades in der ersten Magnetlage 300 weist eine Dreieckform auf. Die Spitze des Dreieckes der weiteren Öffnung 305 ist so nach unten gewählt, dass die dem Magneten zugewandte Kante der weiteren Öffnung 305 und die Kante der Barriereöffnung 325 parallel verlaufen. Dadurch wird ein Innensteg gebildet. Die Kante der weiteren Öffnung 305, welche dem Luftspalt gegenüberliegt, verläuft möglichst parallel zum Rotoraußenumfang und bildet einen Außensteg. Durch diese möglichst parallele Ausbildung der Stege wird eine gleichmäßige Belastung bzw. Lastverteilung, der während der Rotation des Rotors 115 auf die Stege wirkender Kräfte erreicht.
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Die Barriereöffnungen 320, 325, 330, 335 der zweiten Magnetlage 310 und dritten Magnetlage 315 sind auch so gewählt, dass der zwischen der Barriereöffnung 325, 335 und dem Rotoraußenumfang gebildeten Außenstege gleichmäßig verlaufen. Die Außenstege der drei Magnetlagen 300, 310, 315 sind unterschiedlich breit ausgebildet, und werden von der ersten Magnetlage 300 bis in die dritte Magnetlage 315 immer breiter.
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Die Barriereöffnungen 320, 330 zwischen den V-förmig angeordneten Magneten in der zweiten Magnetlage 310 und dritten Magnetlage 315 sind unterschiedlich breit ausgebildet. Der Abstand zwischen den Barriereöffnungen 330 wird breiter auf Grund der höheren Fliehkräfte. Die Dimensionierung der Stege ist an die jeweilige mechanische Belastung angepasst.
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Je weiter die Magnetlage in dem Blechpaket nach radial innen kommt, desto breiter sind die Außenstege, bzw. Innenstege bzw. Taschenstege.
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Die Magnete in den ersten beiden Magnetlagen 300, 310 sind gleich groß dimensioniert. Die Magnete in der dritten Magnetlage 315 sind breiter und länger, da hier mehr Bauraum zur Verfügung steht.
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Die genannten Optimierungsziele wie Wirkungsgrad, Leistungsdichte, Noise Vibration Harshness und Drehzahlfestigkeit führen zu einer Verteilung der Magnete, bei der die äußeren Barriereöffnungen 325, 335 näherungsweise äquidistant zueinander am Umfang angeordnet sind.
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Jede der Magnetaufnahmeöffnungen 205, 225 weist an deren radial inneren Umfangsfläche zwei Füllmasseeinfüllöffnungen 340, 345, 350, 355 auf, die auch als Einspritzstellen bezeichnet werden können. Die Füllmasseeinfüllöffnungen 340, 345, 350, 355 können als halbkreisförmige Ausnehmungen an den dem unteren Magnetecken gegenüberliegenden Bereichen ausgebildet sein.
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Der Magnet wird in radialer Richtung in der Magnetaufnahmeöffnung 205, 225 so aufgenommen und von den Abstützbereichen innerhalb der Magnetaufnahmeöffnung 205, 225 so gestützt, dass während des Einspritzvorgangs der Magnet durch den Verguss nach oben gedrückt wird. Der Verguss wird an beiden Seiten des Magneten eingebracht und füllt dabei die beiden in der Magnetaufnahmeöffnung 205, 225 gebildeten Barriereöffnungen 320, 325, 330, 335 vollständig aus. Der durch Anliegen des Magneten an der äußeren Umfangskante der Barriereöffnungen 320, 325, 330, 335 an ihrer radial inneren Fläche entstandene Spalt ist dabei so gering, dass der Spalt annährend kunststofffrei bleibt.
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Auf der radial äußeren Umfangsfläche der Magnetaufnahmeöffnungen 205, 225 ist ein nach radial innen ragender Vorsprung 400, 405 vorgesehen. Der Vorsprung ist an beiden Seiten des Magneten ausgebildet und hält diesen in Position. Zwischen den radial außenliegenden Magnetecken und den Vorsprüngen 400, 405 ist eine berührungsfreie Zone durch eine an den Vorsprung in Richtung des Blechpakets verlaufende Ausnehmung gebildet. Diese Ausnehmung ist jedoch so gewählt, dass die Festigkeit und Steifigkeit des Vorsprungs 400, 405 nicht beeinträchtigt wird, also der Steg nicht flexibel wird. Eine solche berührungsfreie Zone ist auch im Bereich der radial innenliegenden Magnetecken durch das Abschrägen der Kante an den Füllmasseeinfüllöffnungen 340, 345, 350, 355 vorgesehen.
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Die Vorsprünge 400 in den Magnetaufnahmeöffnungen 205 der zweiten Magnetlage 310 sind als eine Art Trennelement zwischen den Barriereöffnungen 320, 325 und dem Magneten ausgebildet.
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Wenn die Taschenstegbreite oder die Außenstegbreite größer ist, können die Vorsprünge 400, 405 auch als ein Teil der Wand der Barriereöffnungen 320, 325, 330, 335 ausgebildet sein.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 500 zum Herstellen einer Komponente einer Antriebseinrichtung. Das Verfahren 500 weist einen Schritt 505 des Erzeugens der Komponente auf, um die Komponente der Antriebseinrichtung herzustellen. Die Komponente weist zumindest eine Magnetaufnahmeöffnung auf, wobei die Magnetaufnahmeöffnung zumindest eine Barriereöffnung ausbildet, welche ausgebildet ist, um eine Füllmasse aufzunehmen, wobei die Magnetaufnahmeöffnung ferner zumindest eine Füllmasseeinfüllöffnung ausbildet, die fluidisch mit der Barriereöffnung verbunden ist, um die Komponente der Antriebseinrichtung herzustellen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 500 einen Schritt 510 des Einsetzens von Magneten in die Magnetaufnahmeöffnung auf sowie einen Schritt 515 des Füllens der Barriereöffnung mit der Füllmasse, wobei die Füllmasse über die Füllmasseeinfüllöffnung in die Barriereöffnung eingebracht wird.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
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Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Fahrzeug
- 105
- Antriebseinrichtung
- 110
- Komponente
- 115
- Rotor
- 205
- Magnetaufnahmeöffnung
- 207
- Magnet
- 210
- Pol
- 215
- Öffnung
- 220
- Aufnahmeöffnung
- 225
- zusätzliche Magnetaufnahmeöffnung
- 300
- erste Magnetlage
- 305
- weitere Öffnung
- 310
- zweite Magnetlage
- 315
- dritte Magnetlage
- 320
- Barriereöffnung
- 325
- weitere Barriereöffnung
- 327
- Magnethaltebereich
- 330
- zusätzliche Barriereöffnung
- 335
- Barriereöffnung
- 340
- Füllmasseeinfüllöffnung
- 345
- weitere Füllmasseeinfüllöffnung
- 350
- zusätzliche Füllmasseeinfüllöffnung
- 355
- zusätzliche weitere Füllmasseeinfüllöffnung
- 400
- Vorsprung
- 405
- zusätzlicher Vorsprung
- 500
- Verfahren zum Herstellen einer Komponente einer Antriebseinrichtung
- 505
- Schritt des Erzeugens
- 510
- Schritt des Einsetzens
- 515
- Schritt des Füllens
