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Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine Axialflussmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Axialflussmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Rotors.
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Der
DE 10 2004 054 277 A1 ist eine Rotoranordnung für eine elektrische Maschine als bekannt zu entnehmen, mit einem im Wesentlichen zylindrischen Rotorkörper und einer Welle, auf die der Rotorkörper aufgebracht ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Rotor für eine Axialflussmaschine, eine Axialflussmaschine und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Rotors zu schaffen, sodass ein besonders vorteilhafter Betrieb der Axialflussmaschine realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch einen Rotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Axialflussmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Rotor für eine auch als Axialflussmotor bezeichnete Axialflussmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Die Axialflussmaschine ist eine als Axialflussmaschine ausgebildete, elektrische Maschine. Der Rotor weist ein spiralförmig gewickeltes Blechpaket auf. Dies bedeutet beispielsweise, dass das Blechpaket beispielsweise aus wenigstens oder genau einem aus Blech gebildeten und daher auch als Blechband bezeichneten Band gebildet oder hergestellt ist, insbesondere derart, dass das Band um eine, insbesondere gedachte, Wickelachse spiralförmig zu dem Blechpaket aufgewickelt ist. Hierdurch sind beispielsweise in radialer Richtung des Rotors aufeinander angeordnete Schichten des Bands gebildet, wobei die Schichten insbesondere dadurch, dass das Band einstückig ausgebildet ist, einstückig miteinander ausgebildet, mithin aus einem einzigen Stück gebildet, sind. Dabei sind beispielsweise jeweilige Enden des Bands mit dem übrigen Band, insbesondere mit einer jeweiligen der Schichten, verbunden, insbesondere stoffschlüssig verbunden und dabei beispielsweise verschweißt. Dadurch kann ein unerwünschtes Abwickeln des Bands vermieden werden.
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Das Blechpaket weist eine insbesondere durch das auch als Wickeln bezeichnete Aufwickeln des Blechpakets hergestellte, das heißt gebildete, Öffnung auf, welche somit vorzugsweise in radialer Richtung des Rotors nach außen hin betrachtet und in Umfangsrichtung des Rotors vollständig umlaufend direkt durch das Band begrenzt oder gebildet ist.
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Der Rotor, dessen axiale Richtung senkrecht zur radialen Richtung des Rotors verläuft, weist auch ein insbesondere separat von dem Blechpaket ausgebildetes Element auf, welches ein Trägerelement oder ein Wellenelement, insbesondere eine Welle, sein kann. Die Umfangsrichtung des Rotors und somit der Öffnung verläuft dabei um die axiale Richtung des Rotors herum. In vollständig hergestelltem Zustand weist die Axialflussmaschine beispielsweise einen Stator und den Rotor auf, welcher mittels des Stators antreibbar und dadurch um eine Maschinendrehachse relativ zu dem Stator drehbar ist. Dabei fällt die Maschinendrehachse mit der axialen Richtung des Rotors zusammen.
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Zumindest ein Längenbereich des Träger- oder Wellenelements, mithin des Elements, ist in der Öffnung angeordnet, sodass beispielsweise das Blechpaket auf dem Längenbereich, mithin auf dem Element, angeordnet ist. Das Element (Träger- oder Wellenelement) ist über den Längenbereich drehfest mit dem Blechpaket verbunden. Mit anderen Worten sind der Längenbereich und somit das Element (Träger- oder Wellenelement) drehfest mit dem Blechpaket verbunden. Dabei weist beispielsweise der Längenbereich und somit das Element eine außenumfangsseitige Mantelfläche auf, wobei das Blechpaket, insbesondere eine die Öffnung, insbesondere direkt, begrenzende, innenumfangsseitige Mantelfläche des Blechpakets, den Längenbereich und dabei insbesondere die außenumfangsseitige Mantelfläche direkt berührt. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt sitzt die innenumfangsseitige Mantelfläche direkt auf der außenumfangsseitigen Mantelfläche.
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Um dabei besonders hohe Drehmomente zwischen dem Blechpaket und dem Element übertragen und somit einen besonders vorteilhaften Betrieb der Axialflussmaschine realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Öffnung innenumfangsseitig und der Längenbereich außenumfangsseitig eine unrunde, polygone Form aufweist. Mit anderen Worten ist die innenumfangsseitige Mantelfläche polygon und somit unrund ausgebildet, und auch die außenumfangsseitige Mantelfläche ist polygon und somit unrund ausgebildet. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass die unrunde, polygone, innenumfangsseitige Form der Öffnung beziehungsweise der innenumfangsseitigen Mantelfläche an die unrunde, polygone, außenumfangsseitige Form des Längenbereichs und somit der außenumfangsseitigen Mantelfläche angepasst ist. Dadurch sind beispielsweise das Blechpaket und das Element formschlüssig drehfest miteinander verbunden, sodass auch besonders hohe Drehmomente zwischen dem Element und dem Blechpaket übertragen werden können, ohne dass es zu einer Relativdrehung zwischen dem Blechpaket und dem Element kommt.
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Um besonders hohe Drehmomente zwischen dem Blechpaket und dem Element übertragen zu können, ist es in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Längenbereich in die Öffnung, mithin die außenumfangsseitige Mantelfläche in die innenumfangsseitige Mantelfläche, eingepresst ist, sodass der Längenbereich und somit das Element mit dem Blechpaket durch einen Presssitz miteinander verbunden sind, welcher zwischen dem Längenbereich und dem Blechpaket ausgebildet ist. Die Erfindung ermöglicht insbesondere eine sichere Drehmomentübertragung bei trägerlosen Rotoren für Axialflussmaschinen, das heißt insbesondere dann, wenn der erfindungsgemäße Rotor als ein trägerloser Rotor ausgebildet ist.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Axialflussmaschine, welche wenigstens oder genau einen Rotor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Ein dritter Aspekt betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts und des zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Das Blechpaket wird beispielsweise bei dem Verfahren unrund mit einem Polygonprofil gewickelt, wodurch die innenumfangsseitige, unrunde, polygone Form der Öffnung hergestellt wird. Mit anderen Worten ist oder bildet die Öffnung, welche vorzugsweise als eine Durchgangsöffnung ausgebildet ist, innenumfangsseitig ein erstes Polygonprofil. Dann wird beispielsweise das Blechpaket auf das beispielsweise als Polygonwelle ausgebildete Element aufgepresst. Mit anderen Worten ist oder bildet beispielsweise der Längenbereich ein zweites Polygonprofil, welches beispielsweise an das erste Polygonprofil angepasst ist. Das erste Polygonprofil wird beispielsweise auf das zweite Polygonprofil aufgepresst beziehungsweise das zweite Polygonprofil wird in das erste Polygonprofil eingepresst. Da das Element beispielsweise als ein Wellenelement, insbesondere als eine Welle, ausgebildet ist, und das das Element zumindest in dem genannten Längenbereich außenumfangsseitig die unrunde, polygone Form aufweist und somit als das zweite Polygonprofil ausgebildet ist, kann das Element beispielsweise eine zumindest in dem Längenbereich unrunde, polygonförmige Welle sein, wobei zwischen dem Element und dem Blechpaket auch besonders hohe Drehmomente vorteilhaft, das heißt sicher, übertragen werden können.
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Herkömmlicherweise werden beispielsweise als Doppelrotoren ausgebildete Rotoren für Axialflussmaschinen aus einem jeweiligen Rotorträger, einem jeweiligen Blechpaket und jeweiligen Magneten aufgebaut. Das Blechpaket kann beispielsweise direkt auf einer Welle befestigt werden. Dies ist jedoch aufgrund hoher Drehmomente und dem spiralförmigen Aufbau des Blechpakets kaum mit konventionellen Verbindungsmöglichkeiten wie beispielsweise Schrauben, Laserschweißen etc. möglich. Ein einfacher Querpressverband zwischen Blechpaket und Element hat sich als nicht ausreichend erwiesen, um auch hohe Drehmomente sicher übertragen zu können. Somit ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Öffnung innenumfangsseitig polygon ist, und dass der Längenbereich außenumfangsseitig polygon ausgebildet ist. Hierdurch können auch besonders hohe Drehmomente sicher übertragen werden. Da das Blechpaket spiralförmig aufgewickelt ist, weist das Blechpaket den zuvor genannten, spiralförmigen Aufbau auf, sodass das Blechpaket beispielsweise auch als Ringblechpaket bezeichnet oder als ein Ringblechpaket ausgebildet ist. Insbesondere können durch die Erfindung zumindest die folgenden Vorteile realisiert werden:
- - Funktionsintegration: Entfall eines Rotorträgers aus Stahl
- - höhere Drehmomentübertragung durch Polygonprofil
- - Entfall von Zusatzprozessen wie Schrauben, Schweißen etc.
- - Anwendung bei Statorblechpaketen: Integration ins Lagerschild möglich über Wellenschulter in einem Lagerschild
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Dies bedeutet, dass die vorigen und folgenden Ausführungen zu dem Rotor ohne Weiteres auch auf den Stator der Axialflussmaschine übertragen werden können und umgekehrt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Vorderansicht eines Rotors für eine Axialflussmaschine; und
- 2 eine schematische Perspektivansicht des Rotors.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Vorderansicht einen Rotor 10 für eine als Axialflussmaschine ausgebildete, elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass das einfach auch als Fahrzeug bezeichnete und vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Axialflussmaschine aufweist und mittels der Axialflussmaschine, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Vorzugsweise ist die Axialflussmaschine eine Hochvolt-Komponente, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebs- oder Nennspannung, vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist und ganz vorzugsweise mehrere 100 Volt beträgt. In ihrem vollständig hergestellten Zustand weist die Axialflussmaschine den Rotor 10 und einen Stator auf, mittels welchem der Rotor 10 antreibbar und dadurch um eine Maschinendrehachse relativ zu dem Stator drehbar ist. Über den Rotor 10 kann beispielsweise die Axialflussmaschine Antriebsdrehmomente zum, insbesondere rein, elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen.
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Der Rotor 10 weist ein spiralförmig gewickeltes Blechpaket 12 auf. Des Weiteren weist der Rotor 10 Magnete 14 auf, welche beispielsweise separat von dem Blechpaket 12 ausgebildet sind. Insbesondere sind die Magnete 14 separat voneinander ausgebildet. Ganz insbesondere ist der jeweilige Magnet 14 ein Permanentmagnet. Aus 1 ist erkennbar, dass die Magnete 14 an dem Blechpaket 12 gehalten und somit durch das Blechpaket 12 getragen sind. Insbesondere ist beispielsweise der jeweilige Magnet 14 in einer jeweiligen, korrespondierenden Tasche des Blechpakets 12 zumindest teilweise aufgenommen. Der Rotor 10 kann einen Rotorträger 16 aufweisen, welcher beispielsweise separat von dem Blechpaket 12 ausgebildet und mit dem Blechpaket 12 verbunden ist. Insbesondere ist es denkbar, dass das Blechpaket 12 zumindest in axialer Richtung des Rotors 10 zumindest teilweise in dem Rotorträger 16 angeordnet ist.
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Der Rotor 10 weist außerdem ein bei dem in 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel als Welle, insbesondere als Hohlwelle, ausgebildetes Element 18 auf, welches vorzugsweise separat von dem Blechpaket 12 ausgebildet ist. Das Blechpaket 12 weist eine vorliegend zentrale und vorliegend als Durchgangsöffnung ausgebildete Öffnung 20 auf, welche durch eine innenumfangsseitige Mantelfläche 22 des Blechpakets 12 in Umfangsrichtung des Rotors 10 vollständig umlaufend direkt begrenzt ist.
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Aus 1 ist erkennbar, dass zumindest ein Längenbereich L des Elements 18 in der Öffnung 20 angeordnet ist. Dabei sind der Längenbereich L und somit das Element 18 drehfest mit dem Blechpaket 12 verbunden. Mit anderen Worten ist das Element 18 über seinen Längenbereich L drehfest mit dem Blechpaket 12 verbunden. Dabei weist der Längenbereich L eine außenumfangsseitige Mantelfläche 24 auf. Es ist erkennbar, dass die innenumfangsseitige Mantelfläche 22 in radialer Richtung des Rotors 10 nach innen weist und dabei der außenumfangsseitigen Mantelfläche 24 zugewandt ist, welche somit in radialer Richtung nach außen weist und der innenumfangsseitigen Mantelfläche 22 zugewandt ist.
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Um nun auch besonders hohe Drehmomente zwischen dem Element 18 und dem Blechpaket 12 übertragen zu können, weist die Öffnung 20 beziehungsweise die innenumfangsseitige Mantelfläche 22 innenumfangsseitig eine unrunde, polygone, erste Form auf, und der Längenbereich L beziehungsweise die außenumfangsseitige Mantelfläche 24 weist eine unrunde, polygone, zweite Form auf, die an die erste Form angepasst ist beziehungsweise der ersten Form entspricht. Dadurch sind das Blechpaket 12 und das Element 18, insbesondere auch, formschlüssig drehfest miteinander verbunden. Außerdem ist beispielsweise der Längenbereich L in die Öffnung 20 eingepresst, sodass das Blechpaket 12 auf den Längenbereich L aufgepresst ist. Mit anderen Worten ist zwischen den Mantelflächen 22 und 24, das heißt zwischen dem Längenbereich L und dem Blechpaket 12, ein beispielsweise auch als Querpressverband bezeichneter oder beispielsweise als Querpressverband ausgebildeter Presssitz ausgebildet, sodass das Blechpaket 12 und das Element 18 besonders fest miteinander verbunden sind.
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Insbesondere ist die Öffnung 20 beziehungsweise deren erste Form durch das zuvor genannte Wickeln des Blechpakets gebildet, wobei das Wickeln als Unrundwickeln ausgebildet ist, mittels welchem die polygone und somit unrunde, innenumfangsseitige, erste Form der Öffnung 20 hergestellt wird. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die auch als Innenform bezeichnete, erste Form der Öffnung 20 gleich beim Wickeln des Blechpakets 12 mit hergestellt wird, was beispielsweise durch einen Dorn realisiert wird, welcher außenumfangsseitig die erste Form beziehungsweise die zweite Form aufweist. Dabei wird beispielsweise ein Blechband auf den Dorn aufgewickelt, sodass beispielsweise eine in radialer Richtung des Rotors 10 von innen nach außen betrachtet erste Schicht oder erste Lage des Blechbands beziehungsweise einer Blechbandspirale, die dadurch gebildet wird, dass das Blechband spiralförmig gewickelt, das heißt spiralförmig aufgewickelt wird, um dadurch das spiralförmig gewickelte Blechpaket 12 zu bilden, geformt und dabei an die polygone Form des Dorns angepasst wird. Insbesondere ist beispielsweise die innenumfangsseitige Mantelfläche 22 durch die erste Lage gebildet, das heißt eine innenumfangsseitige Mantelfläche der ersten Lage. Beispielsweise wird die erste Lage aktiv gegen den polygonen Dorn beziehungsweise dessen polygone Form gedrückt, um beispielsweise sicherzustellen, dass das Blechband in seiner Festigkeit sich auch der polygonen Form des Dorns angleicht und sich nicht doch rund um Ecken der polygonen Form des Dorns legt.
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2 zeigt den Rotor 10 in einer schematischen Perspektivansicht. Wie aus 1 und 2 besonders gut erkennbar ist, weist das Element 18 eine, insbesondere zentrale, Durchgangsöffnung 26 auf. Beispielsweise kann das Element 18 über die Durchgangsöffnung 26 beispielsweise auf einer, insbesondere weiteren, Welle angeordnet und beispielsweise drehfest mit der weiteren Welle verbunden werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Rotor
- 12
- Blechpaket
- 14
- Magnet
- 16
- Rotorträger
- 18
- Element
- 20
- Öffnung
- 22
- innenumfangsseitige Mantelfläche
- 24
- außenumfangsseitige Mantelfläche
- 26
- Durchgangsöffnung
- L
- Längenbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004054277 A1 [0002]
