WO2020151870A1 - Rotor für einen elektromotor - Google Patents

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WO2020151870A1
WO2020151870A1 PCT/EP2019/084597 EP2019084597W WO2020151870A1 WO 2020151870 A1 WO2020151870 A1 WO 2020151870A1 EP 2019084597 W EP2019084597 W EP 2019084597W WO 2020151870 A1 WO2020151870 A1 WO 2020151870A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
short
rotor shaft
axial
circuit
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/084597
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Korbinian WEBER
Viktor SZABÓ
Balazs LORINCZ
Original Assignee
Audi Ag
Audi Hungaria Zrt
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Audi Ag, Audi Hungaria Zrt filed Critical Audi Ag
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02—Asynchronous induction motors
    • H02K17/16—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/28—Means for mounting or fastening rotating magnetic parts on to, or to, the rotor structures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Definitions

  • the invention relates to a rotor for an electric motor.
  • the rotor has a rotor shaft that defines an axial direction, a laminated core which is penetrated by the rotor shaft and pressed onto the rotor shaft and which comprises a plurality of laminations arranged in a mutual axial arrangement, and a short-circuit cage which has two short-circuit rings resting on the axial end faces of the laminated core and a plurality of short-circuit bars which extend in the axial direction and connect the short-circuit rings and which pass through the laminated core at a distance from the rotor shaft.
  • the invention further relates to an electric motor and an electric vehicle.
  • Rotors of the type described in the introduction are known in various configurations and are used to form an electric motor in the form of an asynchronous three-phase machine.
  • the laminated core and the short-circuit cage together form a so-called rotor core of the rotor.
  • Electric motors are installed in electric vehicles, such as hybrid vehicles (Hybrid Electric Vehicles, HEV), plug-in hybrid vehicles (Plugin Hybrid Electric Vehicles) and pure electric vehicles (Battery Electric Vehicles, BEV) as drive units.
  • HEV Hybrid Electric Vehicles
  • HEV plug-in hybrid vehicles
  • BEV Battery Electric Vehicles
  • the rotor which is also referred to as a squirrel-cage rotor or squirrel-cage rotor, is rotatably mounted in a stator which corresponds to the rotor and which has a plurality of Includes coil windings.
  • the rotor follows a rotating magnetic field generated by the plurality of coil windings which are appropriately energized.
  • the voltage induced in the coil windings follows the rotating rotor.
  • One way to form a rotor core i. H. Assembling a laminated core with a short-circuit rotor consists in casting the short-circuit rods and the short-circuit rings in one piece onto the laminated core.
  • the rotor comprises a laminated core with a plurality of laminations arranged in a mutual arrangement and a short-circuit cage cast onto the laminated core.
  • the short-circuit cage comprises a short-circuit ring arranged on an axial end face of the laminated core and a plurality of short-circuit bars connected to the short-circuit ring, which pass through eccentric passages of the plurality of plates which are aligned with one another.
  • At least one end-side plate has a passage widened in relation to axially inner plates in order to create a stepped transition area between the short-circuit ring and the short-circuit bars, as a result of which local voltage increases at higher speeds of the electric motor are avoided.
  • the short-circuit cage can also be assembled from separate short-circuit rings and short-circuit bars if the short-circuit bars are inserted into axial passages of the laminated core.
  • DE 20 2013 005 050 A1 discloses a rotor for an electric motor.
  • the rotor comprises a rotor shaft, a laminated core with a plurality of sheets arranged in alternating arrangement and pressed onto the rotor shaft, and a short-circuit cage with two short-circuit rings resting on axially end-facing sheets and a plurality of short-circuit bars connecting the short-circuit rings, which pass through the laminated core.
  • Each short-circuit ring comprises a plurality of in an axial system arranged washers, which are also at least partially penetrated by the short-circuit bars.
  • Radial bevels are formed in the radially outer transition areas between the ring disks, which extend to the short-circuit bars and permit firm and electrically conductive joining of the short-circuit bars and the ring disks, for example by local melting or by means of a hard solder.
  • the short-circuit rings of the short-circuit cage can also have mechanical functions in addition to their electrical function.
  • DE 74 39 369 U discloses a rotor with an additional mechanical function of the short-circuit rings.
  • the rotor comprises a rotor shaft and a laminated core which is penetrated by the rotor shaft and which is pressed onto the rotor shaft.
  • the rotor comprises a short-circuit ring, which is arranged on an axial end face of the laminated core and is in axial contact with the laminated core, and a ceramic bearing ring penetrated by the rotor shaft with play.
  • the bearing ring has an annular groove formed in a radially outer circumferential surface of the bearing ring, in which an inward-pointing radial projection of the short-circuit ring corresponding to the annular groove engages in order to axially fix the bearing ring.
  • the laminated core and with it the short-circuit cage are subjected to a strong centrifugal force during operation of the rotor at a high rotational speed.
  • partial disengagement e.g. H. Loosening
  • the interference fit between the rotor shaft and the plates come d. H. central passages of the sheets expand during operation.
  • the object of the invention is therefore to provide an improved rotor, the rotor core of which has high dimensional stability under normal operating conditions.
  • An object of the invention is a rotor for an electric motor, with a rotor shaft defining an axial direction, a laminated core which is penetrated by the rotor shaft and pressed onto the rotor shaft and which comprises a plurality of laminations arranged in a mutual axial arrangement, and a short-circuit cage which connects two Axial end faces of the laminated core includes short-circuit rings and a plurality of short-circuit bars which extend in the axial direction and connect the short-circuit rings and which pass through the laminated core at a distance from the rotor shaft.
  • the rotor can be used to form an asynchronous three-phase machine, resulting in many practical applications for the invention.
  • the rotor according to the invention comprises means which are designed to prevent axially outer sheets of the laminated core from moving in the axial direction due to operation. As a result of operational heating and due to a centrifugal force acting on the sheets during operation, the sheets of the sheet stack expand with the release of the press fit.
  • the centrifugal force acting on the short-circuit rings applies a torque to the short-circuit rings around a radially outer connection region of the short-circuit rings with the short-circuit bars. Due to the torque, the short-circuit rings deform and swivel around the connection area, taking the axially outer sheets of the laminated core with them. In other words, the axially outer sheets bend in such a way that areas remove the outer sheets from the inner sheets of the laminated core the more axially the closer the areas are to the rotor shaft.
  • the rotor After the rotor has been operated, the sheets cool down. As a result, their operational expansion will at least partially recede. However, due to the press fit provided, the outer sheets are prevented from returning to their original axial position. This corresponds to an operational hike in the axial direction.
  • the rotor is provided with means which counteract the migration of axially outer sheets of the sheet stack. The migration of the axially outer sheets results in an irreversible deformation of the rotor core.
  • the means comprise a clearance fit, which is formed between an end plate and the rotor shaft.
  • the clearance fit allows the face plate to return fully to the original axial position after the electric motor has been operated.
  • the clearance fit corresponds to a radial gap between the sheet and the rotor shaft.
  • clearance fits are formed in each case between an end plate on each axial end side of the plate stack and the rotor shaft. This protects the rotor on both axial end faces from the undesired migration of metal sheets in the axial direction.
  • Clearances are particularly preferably formed between a plurality of adjacent sheets on an axial end face of the sheet stack and the rotor shaft. In this way, the number of sheets prevented from walking is increased if necessary.
  • the means advantageously comprise a clamping ring which is pressed onto the rotor shaft on an axial end face of the laminated core and is in axial contact with a front end sheet.
  • the clamping ring forms an axial lock for the face plate.
  • the means comprise two clamping rings, each of which is in axial contact with an end plate on opposite axial end faces. The two clamping rings protect the rotor on both axial end faces against the undesired migration of metal sheets in the axial direction.
  • Each clamping ring preferably overlaps the respective face plate in a radial direction. The overlap creates an axial contact area between the clamping ring and the face plate.
  • the means according to the invention may alternatively or additionally comprise any further means having the same effect, for example an annular groove formed in an outer surface of the rotor shaft and extending in a circumferential direction of the rotor shaft, with which at least one end-side plate is engaged.
  • the invention also relates to an electric motor with a rotor according to the invention.
  • the electric motor does not suffer any loss in efficiency or service life due to irreversible deformation of the rotor core.
  • Another object of the invention is an electric vehicle with an electric motor according to the invention. Thanks to the permanently more efficient and long-lasting electric motor, the electric vehicle itself has a consistently high level of efficiency and a correspondingly long service life, which improves the economy of the electric vehicle.
  • a major advantage of the rotor according to the invention is that the rotor core is dimensionally stable under normal operating conditions. This is achieved with a consistently high degree of efficiency and a longer service life of an electric motor and one formed with the rotor better economy of an electric vehicle equipped with such an electric motor.
  • Figure 1 is a schematic representation of a partial side view of a rotor according to an embodiment of the prior art
  • Figure 2 is a schematic illustration of a partial side view of the rotor shown in Figure 1 under the influence of operational forces;
  • FIG. 3 is a schematic illustration of a partial side view of the rotor shown in Figure 1 with a slight operational deformation
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a partial side view of the rotor shown in FIG. 1 with severe operational deformation
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of a partial side view of a rotor according to a first embodiment of the invention
  • Figure 6 is a schematic representation of a partial side view of a rotor according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a partial side view of a rotor 1 according to an embodiment of the prior art. The partial side view only represents an axial end region of the rotor 1 and, as in the subsequent FIGS. 2 to 6, mutatis mutandis strikes an opposite axial end region of the rotor 1 as well.
  • the rotor 1 can be used to form an electric motor, which in turn can be installed in an electric vehicle.
  • the rotor 1 comprises a rotor shaft 11 which is rotatable about an axis of rotation 2 and defines an axial direction and a laminated core 12 which is penetrated by the rotor shaft 11 and pressed onto the rotor shaft 11.
  • the laminated core 12 comprises a plurality of laminations 13 arranged in a mutual axial arrangement the rotor 1 has a short-circuit cage, which comprises two short-circuit rings 14 bearing on the axial end faces of the laminated core 13 and a plurality of short-circuit bars 15 which extend in the axial direction and connect the short-circuit rings 14.
  • the short-circuit bars 15 pass through the laminated core 12 at a distance from the rotor shaft 11.
  • FIG 2 shows a schematic representation of a partial side view of the rotor 1 shown in Figure 1 under the influence of operational forces.
  • operational forces 3 in particular a centrifugal force
  • the plates 13 form an expansion 4, as a result of which an interference fit between the plates 13 and the rotor shaft 11 is released.
  • the widening 4 is enlarged here and shown only in the relevant axial edge region of the laminated core 12.
  • Figure 3 shows a schematic representation of a partial side view of the rotor 1 shown in Figure 1 with a slight operational deformation.
  • the deformation is defined by a direction of deformation 6 of the sheets 13 and the short-circuit ring 14.
  • areas of the sheets 13 and the short-circuit ring 14 are deformed more, the closer they are to the rotor shaft 11.
  • an axial traveling direction 5 of a plurality of axially outer sheets 13 pointing away from the laminated core 12 and parallel to the axial direction is shown.
  • FIG. 4 shows a schematic side view of a partial side view of the rotor 1 shown in FIG. 1 with a severe operational condition irreversible deformation.
  • the rotor core formed by the laminated core 12 and the short-circuit cage 14, 15 has been completely detached from the rotor shaft 11 on its axial outer side.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a partial side view of a rotor 10 according to a first embodiment of the invention.
  • the rotor 10 has the same structure as the rotor 1 shown in FIGS. 1 to 4. It differs from this by means 16, which are designed to prevent axially outer sheets 13 of the sheet stack 12 from moving in the axial direction due to operation.
  • the funds include game fits 16, i.e. H. Radial gaps, which are formed on each axial face of the rotor core between the face plate 13 and a plurality of adjacent plates 13 on the one hand and the rotor shaft 11 on the other hand on an axial face of the laminated core 12.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a partial side view of a rotor 20 according to a second embodiment of the invention.
  • the rotor 20 has the same structure as the rotor 1 shown in FIGS. 1 to 4. It differs from this by means 21 which are designed to prevent axially outer sheets 13 of the sheet stack 12 from moving in the axial direction due to operation.
  • the means comprise two clamping rings 21, which are pressed onto the rotor shaft 11 on opposite axial end faces of the laminated core 12 and are each in axial contact with a front end sheet 13. Thanks to the pressing on, the clamping rings 21 are axially fixed in relation to the rotor shaft 11.
  • Each clamping ring 21 overlaps the respective face plate 13 in a radial direction, ie a radial thickness of the clamping rings 21 is selected such that the clamping rings 21 are not overcome by them even when the axially outer plates 13 expand (see FIG. 2) due to operation .
  • the means 16 shown in FIG. 5 and the means 21 shown in FIG. 6 can also be combined with one another in order to further reduce the risk of deformation of the rotor core.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Rotor für einen Elektromotor, mit einer eine Axialrichtung definierenden Rotorwelle, einem von der Rotorwelle durchgriffenen und auf die Rotorwelle aufgepressten Blechpaket, welches eine Mehrzahl von in einer wechselseitigen axialen Anlage angeordneten Blechen umfasst, und einem Kurzschlusskäfig, welcher zwei an axialen Stirnseiten des Blechpakets anliegende Kurzschlussringe und eine Mehrzahl von sich in der Axialrichtung erstreckenden und die Kurzschlussringe verbindenden Kurzschlussstäben umfasst, welche das Blechpaket beabstandet zu der Rotorwelle durchgreifen, sowie Elektromotor und Elektrofahrzeug.

Description

Rotor für einen Elektromotor
BESCHREIBUNG: Die Erfindung betrifft einen Rotor für einen Elektromotor. Der Rotor hat eine eine Axialrichtung definierende Rotorwelle, ein von der Rotorwelle durchgriffenes und auf die Rotorwelle aufgepresstes Blechpaket, welches eine Mehrzahl von in einer wechselseitigen axialen Anlage angeordneten Blechen umfasst, und einen Kurzschlusskäfig, welcher zwei an axialen Stirnseiten des Blechpakets anliegende Kurzschlussringe und eine Mehrzahl von sich in der Axialrichtung erstreckenden und die Kurzschlussringe jeweils verbindenden Kurzschlussstäben umfasst, welche das Blechpaket beabstandet zu der Rotorwelle durchgreifen. Ferner betrifft die Erfindung einen Elektromotor und ein Elektrofahrzeug.
Rotoren der eingangs beschriebenen Art sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt und werden zum Ausbilden eines Elektromotors in Form einer asynchronen Drehstrommaschine verwendet. Das Blechpaket und der Kurzschlusskäfig bilden zusammen einen sogenannten Rotorkern des Rotors.
Elektromotoren werden in Elektrofahrzeugen, wie Hybridfahrzeugen (Hybrid Electric Vehicles, HEV), Plugin-Hybridfahrzeugen (Plugin Hybrid Electric Vehicles) und reinen Elektrofahrzeugen (Battery Electric Vehicles, BEV) als Antriebsaggregate verbaut.
Zum Ausbilden eines Elektromotors wird der Rotor, der auch als Kurzschlussläufer oder Käfigläufer bezeichnet wird, in einem zu dem Rotor korrespondierenden Stator drehbar gelagert, welcher eine Mehrzahl von Spulenwicklungen umfasst. Während des normalen Betriebs des Elektromotors folgt der Rotor einem von den mehreren entsprechend bestromten Spulenwicklungen erzeugten rotierenden Magnetfeld. Während des generatorischen Betriebs des Elektromotors folgt dagegen die in den Spulenwicklungen induzierte Spannung dem rotierenden Rotor.
Eine Möglichkeit, einen Rotorkern zu bilden, d. h. ein Blechpaket mit einem Kurzschlussläufer zusammenzufügen, besteht darin, die Kurzschlussstäbe und die Kurzschlussringe in einem Stück an das Blechpaket anzugießen.
Einen derartigen Rotor offenbart die DE 10 2012 214 772 A1. Der Rotor umfasst ein Blechpaket mit mehreren in wechselseitiger Anlage angeordneten Blechen und einen an das Blechpaket angegossenen Kurzschlusskäfig. Der Kurzschlusskäfig umfasst einen an einer axialen Stirnseite des Blechpakets angeordneten Kurzschlussring und eine Mehrzahl von mit dem Kurzschlussring verbundenen Kurzschlussstäben, welche miteinander fluchtende exzentrische Durchlässe der mehreren Bleche durchgreifen. Zumindest ein stirnseitiges Blech weist einen gegenüber axial inneren Blechen aufgeweiteten Durchlass auf, um zwischen dem Kurzschlussring und den Kurzschlussstäben einen abgestuften Übergangsbereich zu schaffen, wodurch lokale Spannungsüberhöhungen bei höheren Drehzahlen des Elektromotors vermieden werden.
Alternativ kann der Kurzschlusskäfig auch aus jeweils separaten Kurzschlussringen und Kurzschlussstäben zusammengefügt werden, wenn die Kurzschlussstäbe in axiale Durchlässe des Blechpakets eingesetzt sind.
So offenbart die DE 20 2013 005 050 A1 einen Rotor für einen Elektromotor. Der Rotor umfasst eine Rotorwelle, ein Blechpaket mit mehreren in wechselseitiger Anlage angeordneten und auf die Rotorwelle aufgepressten Blechen und einen Kurzschlusskäfig mit zwei an axial stirnseitigen Blechen anliegenden Kurzschlussringen und einer Mehrzahl von die Kurzschlussringe verbindenden Kurzschlussstäben, welche das Blechpaket durchgreifen. Jeder Kurzschlussring umfasst eine Mehrzahl von in einer axialen Anlage angeordneten Ringscheiben, welche von den Kurzschlussstäben ebenfalls zumindest teilweise durchgriffen sind. In radial äußeren Übergangsbereichen zwischen den Ringscheiben sind radiale Fasen ausgebildet, welche sich bis zu den Kurzschlussstäben erstrecken und ein festes und elektrisch leitfähiges Fügen der Kurzschlussstäbe und der Ringscheiben erlauben, beispielsweise durch ein lokales Anschmelzen oder mittels eines Hartlots.
Die Kurzschlussringe des Kurzschlusskäfigs können zusätzlich zu ihrer elektrischen Funktion auch mechanische Funktionen aufweisen.
Beispielsweise offenbart die DE 74 39 369 U einen Rotor mit einer zusätzlichen mechanischen Funktion der Kurzschlussringe. Der Rotor umfasst eine Rotorwelle und ein von der Rotorwelle durchgriffenes Blechpaket, welches auf die Rotorwelle aufgepresst ist. Ferner umfasst der Rotor einen Kurzschlussring, welcher an einer axialen Stirnseite des Blechpakets angeordnet und mit dem Blechpaket in einer axialen Anlage ist, sowie einen von der Rotorwelle mit einem Spiel durchgriffenen keramischen Lagerring. Der Lagerring weist eine in einer radial äußeren Umfangsfläche des Lagerrings ausgebildete Ringnut auf, in welche ein zu der Ringnut korrespondierender nach innen weisender radialer Vorsprung des Kurzschlussrings eingreift, um den Lagerring axial festzulegen.
Das Blechpaket und mit ihm der Kurzschlusskäfig werden im Betrieb des Rotors bei einer hohen Drehgeschwindigkeit mit einer starken Zentrifugalkraft beaufschlagt. Infolgedessen kann es zu einem teilweisen Lösen, d. h. Lockerung, der Presspassung zwischen der Rotorwelle und den Blechen kommen, d. h. zentrale Durchlässe der Bleche weiten sich während des Betriebs auf.
Im Zusammenwirken mit einer betriebsbedingten Erwärmung der Bleche und des Kurschlusskäfigs führt dies häufig zu einer irreversiblen Verformung des Blechpakets, was mit einem Abnehmen des Wirkungsgrads des Elektromotors und einem Zunehmen eines Verschleißes des Elektromotors einhergeht. Letzteres führt zwangsläufig zu einer verringerten Lebensdauer des Elektromotors.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Rotor zur Verfügung zu stellen, dessen Rotorkern bei üblichen Betriebsbedingungen eine hohe Formstabilität aufweist. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Elektromotor und ein verbessertes Elektrofahrzeug anzugeben.
Ein Gegenstand der Erfindung ist ein Rotor für einen Elektromotor, mit einer eine Axialrichtung definierenden Rotorwelle, einem von der Rotorwelle durchgriffenen und auf die Rotorwelle aufgepressten Blechpaket, welches eine Mehrzahl von in einer wechselseitigen axialen Anlage angeordneten Blechen umfasst, und einem Kurzschlusskäfig, welcher zwei an axialen Stirnseiten des Blechpakets anliegende Kurzschlussringe und eine Mehrzahl von sich in der Axialrichtung erstreckenden und die Kurzschlussringe verbindenden Kurzschlussstäben umfasst, welche das Blechpaket beabstandet zu der Rotorwelle durchgreifen. Der Rotor kann zum Ausbilden einer asynchronen Drehstrommaschine verwendet werden, wodurch sich für die Erfindung viele praktische Anwendungen ergeben.
Der erfindungsgemäße Rotor umfasst Mittel, welche ausgebildet sind, axial äußere Bleche des Blechpakets an einem betriebsbedingten Wandern in der Axialrichtung zu hindern. Infolge einer betriebsbedingten Erwärmung und infolge einer während des Betriebs auf die Bleche wirkenden Zentrifugalkraft weiten sich die Bleche des Blechpakets unter Lösung der Presspassung auf.
Zudem beaufschlagt die auf die Kurzschlussringe wirkende Zentrifugalkraft die Kurzschlussringe mit einem Drehmoment um einen radial außen angeordneten Verbindungsbereich der Kurzschlussringe mit den Kurzschlussstäben. Aufgrund des Drehmoments verformen sich die Kurzschlussringe und schwenken um den Verbindungsbereich, wobei sie die jeweils axial äußeren Bleche des Blechpakets mitnehmen. Mit anderen Worten verbiegen sich die axial äußeren Bleche derart, dass sich Bereiche der äußeren Bleche von den inneren Blechen des Blechpakets desto mehr axial entfernen, je näher die Bereiche zu der Rotorwelle angeordnet sind.
Nach dem Betrieb des Rotors kühlen die Bleche ab. Dadurch bildet sich deren betriebsbedingte Aufweitung zwar zumindest teilweise wieder zurück. Jedoch ist sind die äußeren Bleche infolge der vorgesehenen Presspassung an einer Rückkehr in ihre ursprüngliche axiale Position gehindert. Dies entspricht einem betriebsbedingten Wandern in der Axialrichtung. Erfindungsgemäß ist der Rotor mit Mitteln versehen, welche dem Wandern axial äußerer Bleche des Blechpakets entgegenwirken. Das Wandern der axial äußeren Bleche resultiert in einer irreversiblen Verformung des Rotorkerns.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfassen die Mittel eine Spielpassung, welche zwischen einem stirnseitigen Blech und der Rotorwelle ausgebildet ist. Die Spielpassung erlaubt dem stirnseitigen Blech nach dem Betrieb des Elektromotors eine vollständige Rückkehr in die ursprüngliche axiale Position. Die Spielpassung entspricht einem Radialspalt zwischen dem Blech und der Rotorwelle.
In weiteren Ausführungsformen sind Spielpassungen jeweils zwischen einem stirnseitigen Blech an jeder axialen Stirnseite des Blechpakets und der Rotorwelle ausgebildet. Dies schützt den Rotor an beiden axialen Stirnseiten vor dem unerwünschten Wandern von Blechen in der Axialrichtung.
Besonders bevorzugt sind Spielpassungen zwischen einer Mehrzahl von benachbarten Blechen an einer axialen Stirnseite des Blechpakets und der Rotorwelle ausgebildet. Auf diese Weise wird die Anzahl der an einem Wandern gehinderten Bleche bei Bedarf vergrößert.
Alternativ oder zusätzlichen umfassen die Mittel vorteilhafterweise einen Spannring, welcher an einer axialen Stirnseite des Blechpakets auf die Rotorwelle aufgepresst ist und mit einem stirnseitigen Blech in einer axialen Anlage ist. Der Spannring bildet eine axiale Sperre für das stirnseitige Blech. Besonders vorteilhaft umfassen die Mittel zwei Spannringe, welche an gegenüberliegenden axialen Stirnseiten jeweils mit einem stirnseitigen Blech in einer axialen Anlage sind. Die beiden Spannringe schützen den Rotor an beiden axialen Stirnseiten vor dem unerwünschten Wandern von Blechen in der Axialrichtung.
Bevorzugt überlappt jeder Spannring das jeweils anliegende stirnseitige Blech in einer Radialrichtung. Durch die Überlappung wird ein axialer Anlagebereich zwischen dem Spannring und dem stirnseitigen Blech geschaffen.
Der Fachmann erkennt, dass die erfindungsgemäßen Mittel alternativ oder zusätzlich beliebige weitere Mittel mit derselben Wirkung umfassen können, beispielsweise eine in einer Außenfläche der Rotorwelle ausgebildete und sich in einer Umfangsrichtung der Rotorwelle erstreckende Ringnut, mit welcher zumindest ein stirnseitiges Blech in Eingriff ist.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Elektromotor mit einem erfindungsgemäßen Rotor. Der Elektromotor erleidet keinen Verlust an Wirkungsgrad oder Lebensdauer infolge einer irreversiblen Verformung des Rotorkerns.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Elektrofahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Elektromotor. Das Elektrofahrzeug weist dank des dauerhaft effizienteren und langlebigeren Elektromotors selbst einen anhaltend hohen Wirkungsgrad und eine entsprechend lange Lebensdauer auf, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Elektrofahrzeugs verbessert ist.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Rotors besteht darin, dass der Rotorkern unter üblichen Betriebsbedingungen formstabil ist. Dies geht mit einem gleichbleibend hohen Wirkungsgrad und einer längeren Lebensdauer eines mit dem Rotor gebildeten Elektromotors und einer besseren Wirtschaftlichkeit eines mit einem solchen Elektromotor ausgestatteten Elektrofahrzeugs einher.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter beschrieben. Es zeigt:
Figur 1 in einer schematischen Darstellung eine teilweise Seitenansicht eines Rotors gemäß einer Ausführungsform des Stands der Technik;
Figur 2 in einer schematischen Darstellung eine teilweise Seitenansicht des in Figur 1 gezeigten Rotors unter dem Einfluss betriebsbedingter Kräfte;
Figur 3 in einer schematischen Darstellung eine teilweise Seitenansicht des in Figur 1 gezeigten Rotors mit einer leichten betriebsbedingten Verformung; Figur 4 in einer schematischen Darstellung eine teilweise Seitenansicht des in Figur 1 gezeigten Rotors mit einer schweren betriebsbedingten Verformung;
Figur 5 in einer schematischen Darstellung eine teilweise Seitenansicht eines Rotors gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 6 in einer schematischen Darstellung eine teilweise Seitenansicht eines Rotors gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine teilweise Seitenansicht eines Rotors 1 gemäß einer Ausführungsform des Stands der Technik. Die teilweise Seitenansicht stellt lediglich einen axialen Endbereich des Rotors 1 dar und trifft - wie auch in den nachfolgenden Figuren 2 bis 6 - mutatis mutandis auf einen gegenüberliegenden axialen Endbereich des Rotors 1 ebenso zu. Der Rotor 1 kann zum Bilden eines Elektromotors verwendet werden, welcher wiederum in einem Elektrofahrzeug verbaut werden kann.
Der Rotor 1 umfasst eine um eine Drehachse 2 drehbare und eine Axialrichtung definierende Rotorwelle 11 und ein von der Rotorwelle 11 durchgriffenes und auf die Rotorwelle 11 aufgepresstes Blechpaket 12. Das Blechpaket 12 umfasst eine Mehrzahl von in einer wechselseitigen axialen Anlage angeordneten Blechen 13. Ferner umfasst der Rotor 1 einen Kurzschlusskäfig, welcher zwei an axialen Stirnseiten des Blechpakets 13 anliegende Kurzschlussringe 14 und eine Mehrzahl von sich in der Axialrichtung erstreckenden und die Kurzschlussringe 14 verbindenden Kurzschlussstäben 15 umfasst. Die Kurzschlussstäbe 15 durchgreifen das Blechpaket 12 beabstandet zu der Rotorwelle 11.
Figur 2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine teilweise Seitenansicht des in Figur 1 gezeigten Rotors 1 unter dem Einfluss betriebsbedingter Kräfte. Infolge einer betriebsbedingten Erwärmung und infolge von betriebsbedingten Kräften 3, insbesondere einer Zentrifugalkraft, bilden die Bleche 13 eine Aufweitung 4 aus, wodurch eine Presspassung zwischen den Blechen 13 und der Rotorwelle 11 gelöst wird. Die Aufweitung 4 ist hier vergrößert und nur in dem relevanten axialen Randbereich des Blechpakets 12 dargestellt.
Figur 3 zeigt in einer schematischen Darstellung eine teilweise Seitenansicht des in Figur 1 gezeigten Rotors 1 mit einer leichten betriebsbedingten Verformung. Die Verformung ist durch eine Verformungsrichtung 6 der Bleche 13 und des Kurzschlussrings 14 definiert. Dabei sind Bereiche der Bleche 13 und des Kurzschlussrings 14 desto stärker verformt, je näher sie zu der Rotorwelle 11 angeordnet sind. Zudem ist eine von dem Blechpaket 12 weg weisende und zu der Axialrichtung parallele axiale Wanderrichtung 5 einer Mehrzahl von axial äußeren Blechen 13 eingezeichnet.
Figur 4 zeigt in einer schematischen Darstellung eine teilweise Seitenansicht des in Figur 1 gezeigten Rotors 1 mit einer schweren betriebsbedingten irreversiblen Verformung. Der von dem Blechpaket 12 und dem Kurzschlusskäfig 14, 15 gebildete Rotorkern hat ist an seiner axialen Außenseite vollständig von der Rotorwelle 11 abgelöst.
Figur 5 zeigt in einer schematischen Darstellung eine teilweise Seitenansicht eines Rotors 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Der Rotor 10 besitzt denselben Aufbau wie der in den Figuren 1 bis 4 gezeigte Rotor 1. Von diesem unterscheidet er sich durch Mittel 16, welche ausgebildet sind, axial äußere Bleche 13 des Blechpakets 12 an einem betriebsbedingten Wandern in der Axialrichtung zu hindern. Die Mittel umfassen Spielpassungen 16, d. h. Radialspalte, welche an jeder axialen Stirnseite des Rotorkerns jeweils zwischen dem stirnseitigen Blech 13 und einer Mehrzahl von benachbarten Blechen 13 einerseits und der Rotorwelle 11 andererseits an einer axialen Stirnseite des Blechpakets 12 ausgebildet sind.
Figur 6 zeigt in einer schematischen Darstellung eine teilweise Seitenansicht eines Rotors 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Der Rotor 20 besitzt denselben Aufbau wie der in den Figuren 1 bis 4 gezeigte Rotor 1. Von diesem unterscheidet er sich durch Mittel 21 , welche ausgebildet sind, axial äußere Bleche 13 des Blechpakets 12 an einem betriebsbedingten Wandern in der Axialrichtung zu hindern. Die Mittel umfassen zwei Spannringe 21 , welche an gegenüberliegenden axialen Stirnseiten des Blechpakets 12 auf die Rotorwelle 11 aufgepresst sind und jeweils mit einem stirnseitigen Blech 13 in einer axialen Anlage sind. Dank des Aufpressens sind die Spannringe 21 bezogen auf die Rotorwelle 11 axial festgelegt. Jeder Spannring 21 überlappt das jeweils anliegende stirnseitige Blech 13 in einer Radialrichtung, d. h. eine radiale Dicke der Spannringe 21 ist derart gewählt, dass die Spannringe 21 auch bei einer betriebsbedingten Aufweitung der axial äußeren Bleche 13 (s. Figur 2) von diesen nicht überwunden werden. In weiteren Ausführungsformen können die in Figur 5 gezeigten Mittel 16 und die Figur 6 gezeigten Mittel 21 auch miteinander kombiniert sein, um die Gefahr einer Verformung des Rotorkerns noch weiter zu verringern.
BEZUGSZEICHENLISTE:
1 Rotor
2 Drehachse
3 Kraftrichtung
4 Aufweitung
5 Wanderrichtung
6 Verformungsrichtung
10 Rotor
11 Rotorwelle
12 Blechpaket
13 Blech
14 Kurzschlussring
15 Kurschlussstab 16 Mittel, Spielpassung
20 Rotor
21 Mittel, Spannring

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
1. Rotor (10, 20) für einen Elektromotor, mit einer eine Axialrichtung definierenden Rotorwelle (11 ), einem von der Rotorwelle (11 ) durchgriffenen und auf die Rotorwelle (11 ) aufgepressten Blechpaket
(12), welches eine Mehrzahl von in einer wechselseitigen axialen Anlage angeordneten Blechen (13) umfasst, und einem Kurzschlusskäfig, welcher zwei an axialen Stirnseiten des Blechpakets
(13) anliegende Kurzschlussringe (14) und eine Mehrzahl von sich in der Axialrichtung erstreckenden und die Kurzschlussringe (14) verbindenden Kurzschlussstäben (15) umfasst, welche das Blechpaket (12) beabstandet zu der Rotorwelle (11 ) durchgreifen, und mit Mitteln (16, 21 ), welche ausgebildet sind, axial äußere Bleche (13) des Blechpakets (12) an einem betriebsbedingten Wandern in der Axialrichtung zu hindern.
2. Rotor nach Anspruch 1 , bei dem die Mittel eine Spielpassung (16) umfassen, welche zwischen einem stirnseitigen Blech (13) und der Rotorwelle (11 ) ausgebildet ist.
3. Rotor nach Anspruch 2, bei dem Spielpassungen (16) jeweils zwischen einem stirnseitigen Blech (13) an jeder axialen Stirnseite des Blechpakets (12) und der Rotorwelle (11 ) ausgebildet sind. 4. Rotor nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei dem Spielpassungen
(16) zwischen einer Mehrzahl von benachbarten Blechen (13) an einer axialen Stirnseite des Blechpakets (12) und der Rotorwelle (11 ) ausgebildet sind. 5. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Mittel einen
Spannring (21 ) umfassen, welcher an einer axialen Stirnseite des Blechpakets (12) auf die Rotorwelle (11 ) aufgepresst ist und mit einem stirnseitigen Blech (13) in einer axialen Anlage ist.
6. Rotor nach Anspruch 5, bei dem die Mittel zwei Spannringe (21 ) umfassen, welche an gegenüberliegenden axialen Stirnseiten jeweils mit einem stirnseitigen Blech (13) in einer axialen Anlage sind. 7. Rotor nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei dem jeder Spannring
(21 ) das jeweils anliegende stirnseitige Blech (13) in einer Radialrichtung überlappt.
8. Elektromotor, mit einem Rotor (10, 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
9. Elektrofahrzeug, mit einem Elektromotor nach Anspruch 8.
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