DE102021214564A1

DE102021214564A1 - Rotor einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102021214564A1
Application number: DE102021214564.7A
Authority: DE
Inventors: Konstantin Lindenthal; Simon-Frederik Koch; Claus-Christian Oetting; Florian Herzog; Benedikt Lahl; Harald Laue; Christoph Hammer; Manuel Gaertner; Niklas Schroeder; Andreas Herzberger; Christian Prag
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-12-17
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2023-06-22
Also published as: WO2023110253A1

Abstract

Rotor (1) einer elektrischen Maschine mit einem Rotorkörper (3), der mehrere Rotorpole (4) aufweist, wobei in zumindest einem der Rotorpole (4) eine Magnetlage (7) von mehreren Magneten (8) ausgebildet ist, wobei der jeweilige Rotorpol (4) durch die Magnetlage (7) in radialer Richtung gesehen in ein Polinnensegment (10) und ein Polaußensegment (11) unterteilt ist, wobei in dem jeweiligen Rotorpol (4) zwischen dem Polaußensegment (11) und dem Polinnensegment (10) zumindest eine Magnettasche (12) zur Aufnahme der Magnete (8) der Magnetlage (7) gebildet ist, wobei der Rotorkörper (3) von einer Rotorhülse (13) umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass- die Rotorhülse (13) eine um den Rotorkörper (3) gewickelte Faserwicklung (14) umfasst,- der Rotorkörper (3) radial innerhalb der Magnetlagen (7) kanalförmige Verteilerpfade (16) aufweist, die jeweils in eine der Magnettaschen (12) münden,- die Magnettaschen (12) zum Außenumfang des Rotorkörpers (3) hin jeweils offen ausgebildet sind,- die Faserwicklung (14) in einem ausgehärteten Matrixmaterial (15) eingebettet ist, das im flüssigen Zustand über die Verteilerpfade (16) und die Magnettaschen (12) an den Außenumfang des Rotorkörpers (3) geleitet ist zur Bildung eines Faserverbunds aus Faserwicklung (14) und ausgehärtetem Matrixmaterial (15) und das zusätzlich der Befestigung der in den Magnettaschen (12) angeordneten Magnete (8) dient.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Rotor einer elektrischen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon ein Rotor einer elektrischen Maschine aus 8E der US2020266677 A bekannt, mit einem um eine Rotorachse drehbaren Rotorkörper, der mehrere Rotorpole mit jeweils einer Polmitte aufweist und insbesondere als Rotorblechpaket, das eine Vielzahl von Blechlamellen umfasst, ausgebildet ist. In zumindest einem der Rotorpole ist eine V-förmige, U-förmige oder bogenförmige Magnetlage von mehreren Magneten, insbesondere Permanentmagneten, ausgebildet, wobei der jeweilige Rotorpol durch die Magnetlage in radialer Richtung gesehen in ein Polinnensegment und ein Polaußensegment unterteilt ist. In dem jeweiligen Rotorpol ist zwischen dem Polaußensegment und dem Polinnensegment zumindest eine Magnettasche zur Aufnahme der Magnete der Magnetlage gebildet, wobei der Rotorkörper von einer Rotorhülse umschlossen ist.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Rotor einer elektrischen Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Herstellung des Rotors vereinfacht wird und die Herstellungskosten des Rotors verringert werden. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem das Matrixmaterial der Rotorhülse zusätzlich zur Befestigung der Magnete des Rotors verwendet wird, so dass weniger Prozessschritte zur Herstellung des Rotors erforderlich sind. Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass

- die Rotorhülse eine um den Rotorkörper gewickelte Faserwicklung umfasst,
- der Rotorkörper radial innerhalb der Magnetlagen kanalförmige Verteilerpfade aufweist, die jeweils in eine der Magnettaschen münden,
- die Magnettaschen zum Außenumfang des Rotorkörpers hin jeweils offen ausgebildet sind,
- die Faserwicklung in einem ausgehärteten Matrixmaterial eingebettet ist, das im flüssigen Zustand über die Verteilerpfade und die Magnettaschen an den Außenumfang des Rotorkörpers geleitet ist zur Bildung eines Faserverbunds aus Faserwicklung und ausgehärtetem Matrixmaterial und das zusätzlich der Befestigung der in den Magnettaschen angeordneten Magnete dient.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Rotors einer elektrischen Maschine möglich.
Besonders vorteilhaft ist, wenn das Matrixmaterial der Rotorhülse ein Klebstoff ist, der insbesondere thermisch aushärtbar ist. Auf diese Weise kann derselbe Klebstoff für das Fixieren der trocken auf den Rotorkörper aufgewickelten Faserwicklung und für das Fixieren der Magnete verwendet werden.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Faserwicklung der Rotorhülse eine Glasfaser- oder Carbonfaser-Wicklung ist. Auf diese Weise kann eine besonders hohe Drehzahlfestigkeit erreicht werden.
Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn die Faserwicklung der Rotorhülse trocken auf den Rotorkörper aufgewickelt ist und nachträglich über die Magnettaschen mit Matrixmaterial benetzt ist zur Bildung des Faserverbunds. Auf diese Weise kann derselbe Klebstoff für das Fixieren der trocken auf den Rotorkörper aufgewickelten Faserwicklung und für das Fixieren der Magnete verwendet werden. Außerdem wird die Taktzeit bei der Herstellung des Rotors verkürzt, da trockene Fasern schneller gewickelt werden können als mit Matrixmaterial benetzte nasse Fasern.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn pro Rotorpol ein Verteilerpfad vorgesehen ist, da das Matrixmaterial auf diese Weise besonders gleichmäßig über den Umfang der Faserwicklung verteilt werden kann.
Auch vorteilhaft ist, wenn der jeweilige Verteilerpfad einen axialen Kanalabschnitt zur axialen Verteilung im Blechpaket und einen radialen Kanalabschnitt zur Einleitung in die jeweilige Magnettasche aufweist. Auf diese Weise kann das Matrixmaterial besonders gleichmäßig über die axiale Länge des Rotors und von dort aus in radialer Richtung verteilt werden. Eine gewisse Leckage aus dem Verteilerpfad in Hohlräume des Blechpakets kann hierbei auftreten.
Figurenliste
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Rotor einer elektrischen Maschine,
2 eine Schnittansicht des Rotors nach 1 und
3 eine Teilansicht des Rotors nach 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Rotor einer elektrischen Maschine. 2 zeigt eine Schnittansicht des Rotors nach 1.
Der Rotor 1 einer elektrischen Maschine hat einen um eine Rotorachse 2 drehbaren Rotorkörper 3, der mehrere Rotorpole 4 mit jeweils einer Polmitte 5 aufweist und beispielsweise als Rotorblechpaket umfassend eine Vielzahl von Blechlamellen 6 ausgebildet ist. In zumindest einem der Rotorpole 4 ist eine V-förmige, U-förmige oder bogenförmige Magnetlage 7 von mehreren Magneten 8, beispielsweise Permanentmagnete, ausgebildet. Der jeweilige Rotorpol 4 ist durch die Magnetlage 7 in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse 2 gesehen in ein Polinnensegment 10 und ein Polaußensegment 11 unterteilt. Die Polinnensegmente 10 aller Rotorpole 4 sind beispielsweise einstückig miteinander verbunden. In dem jeweiligen Rotorpol 4 ist zwischen dem jeweiligen Polaußensegment 11 und dem jeweiligen Polinnensegment 10 zumindest eine Magnettasche 12 zur Aufnahme der Magnete 8 der Magnetlage 7 gebildet. Der Rotorkörper 3 ist radial außen bezüglich der Rotorachse 2 von einer Rotorhülse 13 umschlossen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass

- die Rotorhülse 13 eine um den Rotorkörper 3 gewickelte Faserwicklung 14 umfasst,
- der Rotorkörper 3 radial innerhalb der Magnetlagen 7 kanalförmige Verteilerpfade 16 aufweist, die jeweils in eine der Magnettaschen 12 münden (2),
- die Magnettaschen 12 zum Außenumfang des Rotorkörpers 3 hin jeweils offen ausgebildet sind,
- die Faserwicklung 14 in einem ausgehärteten Matrixmaterial 15 eingebettet ist, das im flüssigen Zustand über die Verteilerpfade 16 und die Magnettaschen 12 an den Außenumfang des Rotorkörpers 3 geleitet ist zur Bildung eines Faserverbunds aus Faserwicklung 14 und ausgehärtetem Matrixmaterial 15 und das zusätzlich der Befestigung der in den Magnettaschen 12 angeordneten Magnete 8 dient.

Das Matrixmaterial 15 der Rotorhülse 13 ist beispielsweise ein Klebstoff, der insbesondere thermisch aushärtbar ist. Die Faserwicklung 14 der Rotorhülse 13 ist beispielsweise eine Glasfaser- oder Carbonfaser-Wicklung. Die Faserwicklung 14 der Rotorhülse 13 ist erfindungsgemäß trocken auf den Rotorkörper 3 aufgewickelt und ist nachträglich über die Verteilerpfade 16 und die Magnettaschen 12 mit Matrixmaterial 15 benetzt zur Bildung des Faserverbunds.
In dem jeweiligen Rotorpol 4 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel das jeweilige Polinnensegment 10 durch das Matrixmaterial 15 und die Rotorhülse 13 mit dem jeweiligen Polaußensegment 11 metallsteglos verbunden, so dass magnetische Streuflüsse vermieden sind. Alternativ könnten zur Verbindung vom jeweiligen Polinnensegment 10 mit dem jeweiligen Polaußensegment 11 aber auch Metallstege vorgesehen sein.
3 zeigt eine vergrößerte Teilansicht des Rotors nach 1. Pro Rotorpol 4 ist beispielsweise ein Verteilerpfad 16 vorgesehen. Alternativ kann ein einzelner der Verteilerpfade 16 sich auch verzweigen und in mehrere Magnettaschen 12 von mehreren Rotorpolen 4 münden.
Der jeweilige Verteilerpfad 16 kann einen axialen Kanalabschnitt 16.1 zur axialen Verteilung im Blechpaket des Rotorkörpers 3 und einen radialen Kanalabschnitt 16.2 zur Einleitung in die jeweilige Magnettasche 12 aufweisen.
Der jeweilige Verteilerpfad 16 vom jeweiligen Polinnensegment 10 mündet beispielsweise unmittelbar in die jeweilige Magnettasche 12.
Nach dem Einsetzen der Magnete 8 in die Magnettaschen 12 kann das Matrixmaterial 15 an den Stirnseiten des Rotorkörpers 3 über Einspritzstellen 19 jeweils in den axialen Kanalabschnitt 16.1 der Verteilerpfade 16 eingespritzt werden. Das Fördern des Matrixmaterials 15 durch die Verteilerpfade 16 über die Magnetaschen 12 zu der Faserwicklung 14 kann durch den Einspritzdruck und/oder durch Rotieren bzw. Schleudern des Rotors 1 erfolgen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2020266677 A [0001]

Claims

Rotor (1) einer elektrischen Maschine mit einem um eine Rotorachse (2) drehbaren Rotorkörper (3), der mehrere Rotorpole (4) mit jeweils einer Polmitte (5) aufweist und insbesondere als Rotorblechpaket umfassend eine Vielzahl von Blechlamellen (6) ausgebildet ist, wobei in zumindest einem der Rotorpole (4) eine V-förmige, U-förmige oder bogenförmige Magnetlage (7) von mehreren Magneten (8), insbesondere Permanentmagnete, ausgebildet ist, wobei der jeweilige Rotorpol (4) durch die Magnetlage (7) in radialer Richtung gesehen in ein Polinnensegment (10) und ein Polaußensegment (11) unterteilt ist, wobei in dem jeweiligen Rotorpol (4) zwischen dem Polaußensegment (11) und dem Polinnensegment (10) zumindest eine Magnettasche (12) zur Aufnahme der Magnete (8) der Magnetlage (7) gebildet ist, wobei der Rotorkörper (3) von einer Rotorhülse (13) umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die Rotorhülse (13) eine um den Rotorkörper (3) gewickelte Faserwicklung (14) umfasst, - der Rotorkörper (3) radial innerhalb der Magnetlagen (7) kanalförmige Verteilerpfade (16) aufweist, die jeweils in eine der Magnettaschen (12) münden, - die Magnettaschen (12) zum Außenumfang des Rotorkörpers (3) hin jeweils offen ausgebildet sind - die Faserwicklung (14) in einem ausgehärteten Matrixmaterial (15) eingebettet ist, das im flüssigen Zustand über die Verteilerpfade (16) und die Magnettaschen (12) an den Außenumfang des Rotorkörpers (3) geleitet ist zur Bildung eines Faserverbunds aus Faserwicklung (14) und ausgehärtetem Matrixmaterial (15) und das zusätzlich der Befestigung der in den Magnettaschen (12) angeordneten Magnete (8) dient.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial (15) der Rotorhülse (13) ein Klebstoff ist, der insbesondere thermisch aushärtbar ist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserwicklung (14) der Rotorhülse (13) eine Glasfaser- oder Carbonfaser-Wicklung ist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserwicklung (14) der Rotorhülse (13) trocken auf den Rotorkörper (3) aufgewickelt ist und nachträglich über die Verteilerpfade (16) und die Magnettaschen (12) mit Matrixmaterial (15) benetzt ist zur Bildung des Faserverbunds.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass pro Rotorpol (4) ein Verteilerpfad (16) vorgesehen ist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Verteilerpfad (16) einen axialen Kanalabschnitt (16.1) zur axialen Verteilung im Rotorblechpaket (3) und einen radialen Kanalabschnitt (16.2) zur Einleitung in die jeweilige Magnettasche (12) aufweist.