WO2022242990A1 - Rotor sowie verfahren zum herstellen eines rotors - Google Patents

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WO2022242990A1
WO2022242990A1 PCT/EP2022/061016 EP2022061016W WO2022242990A1 WO 2022242990 A1 WO2022242990 A1 WO 2022242990A1 EP 2022061016 W EP2022061016 W EP 2022061016W WO 2022242990 A1 WO2022242990 A1 WO 2022242990A1
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rotor
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potting
slots
casting
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Florian Beck
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • H02K3/527—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to rotors only

Definitions

  • the present invention relates to a rotor, in particular for an externally or current-excited synchronous machine, and a method for producing a rotor, in particular for an externally or current-excited synchronous machine.
  • DE 10 2016 205 813 A1 proposes a method for producing a rotor, in which a laminated rotor core with the wound rotor windings is placed in a mold and overmoulded with plastic compound. It turned out that in reality there is a risk that the plastic mass will tear. This can take place during cooling but also, above all, during operation, at high and very high speeds. In particular, if the cracks occur in the area of the winding heads of the winding, this can lead to problems.
  • a rotor in particular for a current-excited/separately-excited electrical machine, in particular a synchronous machine, comprises a rotor base body which has a large number of rotor teeth distributed around the circumference and rotor slots formed between them, the rotor teeth being lined with conductor material along the rotor slots and on the face side to form a Winding are wrapped, wherein the conductor material is surrounded by potting compound for mechanical stabilization, whereby a potted body is formed, wherein the potted body has segments on the end faces in extension of the rotor slots, and wherein in at least one of the segments the material cohesion of the Ver- casting compound is weakened or dissolved in a targeted manner, at least in certain areas or sections.
  • the goal does not have to be to design a potting body in such a way that it does not have or form cracks or the like. Instead, it has proven to be advantageous to specifically provide areas in which cracks and the like are allowed. In this way, the areas in which cracks are to be prevented as far as possible can be protected. In other words, advantageously no more damage/cracks occur there.
  • the critical areas are, in particular, the end-face areas of the cast body, which surround the end windings in the area or as an extension of the rotor teeth. In contrast, the end-face areas in the extension of the rotor slots, as well as the areas in the rotor slots, are not critical. It has been found that the cast body does not tear in the area of the rotor grooves.
  • the basic rotor body is preferably a laminated rotor core, comprising a multiplicity of laminations which are packaged to form the laminated core.
  • the rotor is in particular a rotor for a current-excited/separately-excited synchronous machine, with the invention not being restricted to precisely this type of motor.
  • the electrical machine is preferably a drive or traction motor for a partially or fully electrically operated motor vehicle, such as in particular a motorcycle, a passenger car or a commercial vehicle.
  • the casting compound is a duroplastic or a thermoplastic.
  • the casting compound is preferably applied by means of injection molding or also by means of casting, such as (vacuum) pressure gelling.
  • the potting body is expediently shaped in such a way that it at least largely completely encloses the rotor slots and the front-side areas of the rotor on which the winding overhangs are formed or wrapped. In particular, the potting body should cover the conductor material as completely as possible.
  • the conductor material is in particular copper wire.
  • the aim here is to prevent any cracks from reaching the winding, ie the copper wire.
  • the cohesion of the material of the casting compound is weakened or dissolved in a targeted manner, at least in areas or sections, in the segments, ie in particular on both end faces of the rotor.
  • the rotor has a structure in the area of the at least one segment or in the area of the segments, which is designed to bring about or produce the weakening or dissolution of the material cohesion.
  • the rotor is expediently shaped accordingly in sections or has components which are shaped in such a way that the material weakening or dissolution can be produced in the casting compound.
  • the weakening or dissolving of the material is in the form of a crack that extends essentially radially.
  • the structure comprises at least one edge, a corner and/or a radius which is directed radially inwards and/or outwards.
  • the structure is therefore in particular a structural/technical design of the rotor in the area of the segments.
  • the actual configuration is to be selected on a case-by-case basis.
  • the structure is formed, for example, on a slot closing wedge, also called a slot cover, with the slot closing wedge or the slot cover extending axially into the at least one segment or into the segments protrudes.
  • the slot closing wedge or the slot cover is designed in such a way that it can produce the material weakening or dissolving on the front side in extension of the rotor slots.
  • the slot closing wedge or the slot cover has a structure directed radially inward for this purpose, in particular a sharp edge or tip or a correspondingly small radius.
  • the basic rotor body is injection-moulded or encapsulated in order to form a casing, in particular with plastic, and the structure is formed on the casing.
  • the sheathing is expediently provided for arranging and in particular also guiding the conductor elements or the conductor material, in particular the copper wires.
  • a structure for weakening or dissolving the material can preferably be created or formed directly via the casing.
  • the casing has a correspondingly small radius, a tip or a corner, which is oriented radially outwards, such that the material weakening or dissolution can be induced in the area of the segment or segments.
  • the potting body is made so thin in the area of the at least one segment or in the area of the segments, at least in sections or areas, that a weakening of the material is formed, in particular in the form of a predetermined breaking point.
  • the cast body is designed to be correspondingly thin, at least in regions or sections.
  • the predetermined breaking point is formed indirectly via a cover element arranged on the end face of the rotor. Such cover elements are preferably arranged at both ends of the basic rotor body.
  • the composite body can be made so thin in the desired segments that the corresponding area tears, for example as soon as the casting compound cools down or during operation, in particular during commissioning, the rotor.
  • cover elements are typically already arranged on the rotor or on the basic rotor body before the potting body is produced. Such cover elements can also be designed in such a way that the casting compound penetrates through them.
  • a material weakening can be produced in the potting body via the structure or by means of corresponding structures.
  • the potting body already has the material weakening (or several weakenings) as such.
  • a weakening of the material is introduced mechanically into the casting compound or into the casting body, for example in the form of a notch.
  • a method for producing a rotor in particular for a current-excited/separately excited electrical machine, in particular a synchronous machine, comprises the steps:
  • a basic rotor body comprising a plurality of rotor teeth arranged circumferentially distributed and rotor grooves formed therebetween;
  • the cohesion of the material is expediently broken by the targeted introduction of a structure which causes the sealing compound to tear.
  • the rotor is expediently shaped or designed in the region of the segment or segments in such a way that the sealing compound can be ruptured, wherein, according to preferred embodiments, correspondingly designed edges, radii or corners are provided here in particular. It is crucial that the structure or structures are introduced in a targeted manner in such a way that any cracks do not appear accidentally, but explicitly in the areas provided for them. If the cracks appear in the areas provided for them, it can be assumed that no cracks (any longer) will appear in the other areas.
  • a material weakening is introduced into the casting compound itself, for example in the form of a regional wall thickness reduction or in the form of a notch. This can be introduced mechanically and/or formed when the casting compound is produced.
  • the tearing or the material separation/dissolution occurs when the casting compound cools, for example due to thermally induced stresses, expediently also during start-up or during operation.
  • the temperature and/or speed loading is such that cracking is induced.
  • the cracks are produced when the casting compound cools down from the curing temperature of the casting compound to room temperature.
  • the curing temperature here is around 180 to 200 °C, in particular at 190 °C.
  • Fig. 3 another embodiment of a rotor with a cover element shown partially ge cut.
  • Fig. 1 shows a rotor 10 viewed along a rotor axis R .
  • the rotor 10 it extends, so to speak, into the plane of the drawing.
  • the rotor 10 has six rotor teeth 12 with rotor slots 14 formed between them.
  • the rotor teeth 12 are wrapped with conductive material 20, such as copper wire.
  • An arrangement as outlined here is expediently sprayed or cast around with casting compound, with the casting compound filling both the rotor slots 14 and also covers or envelops the conductor material 20 on the front side.
  • the casting compound or the casting body formed by it is not shown here. It is important that the casting compound in the area of the winding overhangs and in the extension of the rotor teeth 12 does not tear as far as possible.
  • This area is outlined here as the critical area 18 . For reasons of clarity, only one such area has been singled out/outlined. In the present case, there is such a critical area on each of the rotor teeth 12 . It has been found that a material weakening or dissolution, in particular one or more cracks in areas in the extension of the rotor slots 12, referred to here as segment or segments 30, can result in critical areas 18 having no cracks. Thus, by allowing cracks in the segments 30, cracks in the critical areas 18 can advantageously be avoided.
  • the material weaknesses or cracks 32 are shown here as a jagged line. The material weaknesses or cracks expediently extend radially or radially in the respective segments 30.
  • a casing 22 is outlined with the reference number 22, which casing expediently encases or encases a basic rotor body.
  • the conductor material 20 is expediently in contact with the casing.
  • FIG. 2 now shows a detailed view of a rotor, wherein two rotor teeth with a rotor groove 14 formed between them can be seen.
  • Reference R denotes a rotor axis
  • reference 22 denotes a casing of a rotor base body.
  • the rotor slot 14 is delimited on the outside by a slot cover or slot closing wedge 40 .
  • a structure 50 in the form of an edge oriented radially inwards is expediently formed on this. This is designed and provided in order to produce a material weakening or dissolution in a targeted manner in the area of a segment 30 .
  • the casing 22, as outlined here, can also have a correspondingly designed edge, which in the present case is correspondingly directed radially outwards. Structures or structural/geometric features of this type allow the material cohesion of the casting compound to be dissolved in a targeted manner or in sections in segment 30 or in the region of a segment 30. The material cohesion can be broken as soon as the casting compound cools, due to the stresses that occur and/or or also during operation or in particular when starting up the rotor.
  • the weakening of the material is expediently formed as an extension of the rotor slots 14, that is to say in each case on the end face of the basic rotor body, in particular in the region of the end windings.
  • the slot closing wedge protrudes 40 expediently corresponding to the basic rotor body in both directions. The actual configuration must be selected on a case-by-case basis.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a rotor 10, a cover element 60 being arranged here on the front side of the basic rotor body.
  • a predetermined breaking point 52 is produced in a targeted manner via a casing 22 and the cover element 60 .
  • the potting body is expediently made so thin in the region of reference number 52 due to the design of the casing 22 and/or the design of the cover element 60 that the potting compound tears there.
  • the background is that this expediently causes a crack to form in the radial direction in the area of segment 30 . It is easy to see that a crack that develops here and propagates axially does not hit the winding. If a crack were to form on the end face in the region of the rotor teeth 12, it would hit the winding if it propagated in the axial direction, which must be avoided at all costs.

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Abstract

Rotor, insbesondere für eine stromerregte Synchronmaschine, umfassend einen Rotorgrundkörper, welcher eine Vielzahl von umfänglich verteilt angeordneten Rotorzähnen und dazwischen ausgebildete Rotornuten aufweist, wobei die Rotorzähne entlang der Rotornuten und stirnseitig mit Leitermaterial zum Formen einer Wicklung umwickelt sind, wobei das Leitermaterial zur mechanischen Stabilisierung mit Vergussmasse umgeben ist, wodurch ein Vergusskörper gebildet ist, wobei der Vergusskörper an den Stirnseiten in Verlängerung der Rotornuten Segmente aufweist, und wobei in zumindest einem der Segmente der Materialzusammenhalt der Vergussmasse zumindest bereichs- oder abschnittsweise gezielt geschwächt oder aufgelöst ist.

Description

l
Rotor sowie Verfahren zum Herstellen eines Rotors
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor, insbesondere für eine fremd- oder stromerregte Synchronmaschine, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors, insbesondere für eine fremd- bzw. stromerregte Synchronmaschine.
Die mechanische Stabilisierung von Rotorwicklungen ist eine große Herausforderung bei der Entwicklung und Herstellung elektrischer Maschinen, wie beispiels- weise ström- oder fremderregten elektrischen Maschinen. Die
DE 10 2016 205 813 A1 schlägt in diesem Zusammenhang ein Verfahren zur Her stellung eines Rotors vor, wobei ein Rotorblechpaket mit den gewickelten Rotor wicklungen in eine Gussform eingelegt und mit Kunststoffmasse umspritzt wird. Es hat sich herausgestellt, dass in der Realität die Gefahr besteht, dass die Kunststoff- masse reißt. Dies kann beim Abkühlen aber auch vor allem im Betrieb, bei hohen und höchsten Drehzahlen, erfolgen. Insbesondere wenn die Risse im Bereich der Wickelköpfe der Wicklung auftreten, kann dies zu Problemen führen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotor sowie ein Ver- fahren zum Herstellen eines Rotors anzugeben, wobei die bekannten Verfahren optimiert und insbesondere Rotoren angegeben werden sollen, welche höchsten Qualitätsanforderungen genügen.
Diese Aufgabe wird durch einen Rotor gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfah- ren gemäß Anspruch 9 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Erfindungsgemäß umfasst ein Rotor, insbesondere für eine stromerregte/fremderregte elektrische Maschine, insbesondere eine Synchronmaschine, einen Rotor- grundkörper, welcher eine Vielzahl von umfänglich verteilt angeordneten Rotorzähnen und dazwischen ausgebildete Rotornuten aufweist, wobei die Rotorzähne entlang der Rotornuten und stirnseitig mit Leitermaterial zum Formen einer Wicklung umwickelt sind, wobei das Leitermaterial zur mechanischen Stabilisierung mit Vergussmasse umgeben ist, wodurch ein Vergusskörper gebildet ist, wobei der Ver- gusskörper an den Stirnseiten in Verlängerung der Rotornuten Segmente aufweist, und wobei in zumindest einem der Segmente der Materialzusammenhalt der Ver- gussmasse zumindest bereichs- oder abschnittsweise gezielt geschwächt oder aufgelöst ist. Es hat sich herausgestellt, dass es durchaus nicht das Ziel sein muss, einen Vergusskörper derart auszubilden, dass dieser in keinem Fall Risse oder dergleichen aufweist oder bildet. Stattdessen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, gezielt Bereiche vorzusehen, in welchen Risse und dergleichen zugelassen werden. Damit können die Bereiche, in welchen Risse möglichst verhindert werden sollen, geschützt werden. Mit anderen Worten treten dort vorteilhafterweise keine Schäden/Risse mehr auf. Bei den kritischen Bereichen handelt es sich insbesondere um die stirnseitigen Bereiche des Vergusskörpers, welche die Wickelköpfe im Bereich oder in Verlängerung der Rotorzähne umgeben. Die stirnseitigen Bereiche in Verlängerung der Rotornuten, wie auch die Bereiche in den Rotornuten sind dagegen unkritisch. So hat sich herausgestellt, dass der Vergusskörper im Bereich der Rotor nuten nicht reißt. Entstehen Risse im Vergusskörper in Verlängerung der Rotornu ten und breiten sich diese axial, d.h. entlang der Rotorachse, aus, treffen diese nicht auf die Wicklung bzw. auf Leitermaterial. Indem nun gezielt eine Materialschwächung oder -Auflösung in den stirnseitigen Bereichen oder Segmenten, welche in Verlängerung der Rotornuten gebildet sind, zugelassen werden, können die jeweils dazwischenliegenden Segmente, sozusagen in Verlängerung der Rotorzähne, geschützt werden.
Bei dem Rotorgrundkörper handelt es sich bevorzugt um ein Rotorblechpaket, umfassend eine Vielzahl von Blechlamellen, welche zu dem Blechpaket paketiert sind.
Wie erwähnt, handelt es sich bei dem Rotor insbesondere um einen Rotor für eine stromerregte/fremderregte Synchronmaschine, wobei die Erfindung nicht auf exakt diesen Motortyp beschränkt ist. Bevorzugt ist die elektrische Maschine ein Antriebsoder Traktionsmotor, für ein teil- oder vollständig elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, wie insbesondere ein Kraftrad, ein Personenkraftwagen oder auch ein Nutzfahrzeug.
Bei der Vergussmasse handelt es sich gemäß bevorzugter Ausführungsformen um einen Duroplast oder um einen Thermoplast. Das Aufbringen der Vergussmasse erfolgt bevorzugt mittels Spritzgießen oder auch mittels Umgießen, wie beispielsweise (Vakuum-)Druckgelieren. Der Vergusskörper ist dabei zweckmäßigerweise derart geformt, dass er die Rotornuten sowie die stirnseitigen Bereiche des Rotors, an welchem die Wickelköpfe ausgebildet sind, zumindest weitgehend vollständig einhüllt oder umhüllt. Insbesondere soll der Vergusskörper möglichst das Leitermaterial vollständig abdecken.
Bei dem Leitermaterial handelt es sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform insbesondere um Kupferdraht. Vorliegend soll verhindert werden, dass etwaige Risse bis an die Wicklung, also an den Kupferdraht, gelangen. Indem nun eine Auflösung/Schwächung des Materialzusammenhalts der Vergussmasse oder des Vergusskörpers gezielt im Bereich der Segmente, welche in Verlängerung der Rotornuten und stirnseitig ausgebildet sind, zugelassen wird, kann wirkungsvoll verhindert werden, dass sich etwaige Risse bis an die Wicklung fortsetzen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Materialzusammenhalt der Ver gussmasse zumindest bereichs- oder abschnittsweise gezielt geschwächt oder auf gelöst in den Segmenten, insbesondere also an beiden Stirnseiten des Rotors.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Rotor im Bereich des zumindest einen Segments bzw. im Bereich der Segmente eine Struktur auf, welche ausgelegt ist, die Schwächung oder Auflösung des Materialzusammenhalts zu bewirken oder zu erzeugen. Zweckmäßigerweise ist der Rotor also abschnittsweise entsprechend geformt oder weist Bauteile auf, welche so geformt sind, dass die Materialschwächung oder -Auflösung in der Vergussmasse erzeugt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Materialschwächung oder -Auflösung, wie bereits angedeutet, als sich im Wesentlichen radial erstreckender Riss ausgebildet.
Ein derart radial sich erstreckender Riss kann sich axial ausbreiten, ohne dass dadurch Probleme entstehen. Grund hierfür ist, dass sich der Riss in die Rotornut ausbreiten würde, wo ohnehin kein Leitermaterial ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Struktur zumindest eine Kante, eine Ecke und/oder einen Radius, welcher radial nach innen und/oder nach außen gerichtet ist. Bei der Struktur handelt es sich also insbesondere um eine bauliche/technische Ausgestaltung des Rotors im Bereich der Segmente. Die tatsächliche Ausgestaltung ist einzelfallabhängig zu wählen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Struktur beispielsweise an einem Nutschließkeil, auch Nutdeckel genannt, ausgebildet, wobei der Nutschließkeil oder der Nutdeckel in das zumindest eine Segment bzw. in die Segmente axial hinein ragt. Der Nutschließkeil oder der Nutdeckel ist so ausgelegt, dass er jeweils stirnseitig in Verlängerung der Rotornuten die Materialschwächung oder -auflösung erzeugen kann. Gemäß einer Ausführungsform weist der Nutschließkeil bzw. der Nutdeckel hierzu eine radial nach innen gerichtete Struktur, insbesondere eine scharfe Kante oder Spitze oder einen entsprechend kleinen Radius, auf.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Rotorgrundkörper zum Formen einer Ummantelung, insbesondere mit Kunststoff, umspritzt oder umgossen, und wobei die Struktur an der Ummantelung ausgebildet ist. Die Ummantelung ist zweckmäßigerweise zur Anordnung und insbesondere auch Führung der Leiterelemente, bzw. des Leitermaterials, insbesondere der Kupferdrähte, vorgesehen. Bevorzugt kann eine Struktur zur Materialschwächung oder -Auflösung direkt über die Ummantelung er zeugt oder ausgebildet werden. Hierzu weist die Ummantelung gemäß einer bevor zugten Ausführungsform einen entsprechend kleinen Radius, eine Spitze oder eine Ecke auf, welche radial nach außen orientiert ist, derart, dass im Bereich des bzw. der Segmente die Materialschwächung oder -Auflösung induziert werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Vergusskörper im Bereich des zumindest einen Segments bzw. im Bereich der Segmente zumindest abschnitts- oder bereichs- weise derart dünn ausgebildet, dass eine Materialschwächung insbesondere in Form einer Sollbruchstelle gebildet ist. Insbesondere ist der Vergusskörper entlang der Rotorachse gesehen zumindest bereichs- oder abschnittsweise entsprechend dünn ausgebildet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sollbruchstelle mittelbar über ein stirnseitig am Rotor angeordnetes Deckelelement gebildet. Bevorzugt sind an beiden Enden des Rotorgrundkörpers derartige Deckelelemente angeordnet. Über die Geometrie der vorgenannten Ummantelung und/oder auch über eine Ausgestaltung des Deckelelements kann in den gewünschten Segmenten gezielt der Verbundkör- per derart dünn ausgebildet werden, dass die entsprechende Stelle reißt, sei es beispielsweise bereits beim Abkühlen der Vergussmasse oder auch im Betrieb, insbesondere bei der Inbetriebnahme, des Rotors.
Derartige Deckelelemente werden typischerweise bereits vor dem Erzeugen des Vergusskörpers am Rotor bzw. am Rotorgrundköper angeordnet. Derartige Deckelelemente können auch so gestaltet sein, dass über sie das Eindringen der Vergussmasse erfolgt. Eine Materialschwächung kann in dem Vergusskörper gemäß einer Ausführungsform über die Struktur oder mittels entsprechender Strukturen erzeugt werden. Alternativ oder zusätzlich weist der Vergusskörper bereits als solches die Materialschwächung (bzw. mehrere) auf. Gemäß einer Ausführungsform wird in die Vergussmasse bzw. in den Vergusskörper eine Materialschwächung mechanisch eingebracht, beispielsweise in Form einer Kerbe.
Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors, insbesondere für eine stromerregte/fremderregte elektrische Maschine, insbesondere Synchronmaschine, die Schritte:
Bereitstellen eines Rotorgrundköpers, umfassend eine Vielzahl von umfäng lich verteilt angeordneten Rotorzähnen und dazwischen ausgebildeten Ro tornuten;
Umwickeln der Rotorzähne mit Leitermaterial zum Formen einer Wicklung;
- Aufbringen von Vergussmasse auf das Leitermaterial zum Formen eines Vergusskörpers zur mechanischen Stabilisierung der Wicklung, wobei der Vergusskörper stirnseitig in Verlängerung der Rotornuten Segmente ausbildet oder aufweist;
Gezieltes bereichs- oder abschnittsweises Auflösen des Materialzusammenhalts der Vergussmasse in zumindest einem der Segmente.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass die im Zusammenhang mit dem Rotor erwähnten Vorteile und Merkmale analog für das Verfahren gelten, wie auch umgekehrt.
Zweckmäßigerweise erfolgt das Auflösen des Materialzusammenhalts durch ein gezieltes Einbringen einer Struktur, welche das Reißen der Vergussmasse bewirkt. Zweckmäßigerweise ist der Rotor im Bereich des oder der Segmente derart geformt oder ausgebildet, dass das Reißen der Vergussmasse bewirkt werden kann, wobei hier gemäß bevorzugter Ausführungsformen insbesondere entsprechend ausgelegte Kanten, Radien oder Ecken vorgesehen werden. Entscheidend ist, dass die Struktur oder die Strukturen derart gezielt eingebracht werden, dass etwaige Risse nicht zufällig entstehen, sondern explizit an den dafür vorgesehenen Bereichen. Entstehen die Risse in den dafür vorgesehenen Bereichen, kann davon ausgegangen werden, dass in den übrigen Bereichen keine Risse (mehr) entstehen. Gemäß einer Ausführungsform wird in die Vergussmasse selbst eine Material schwächung eingebracht, beispielsweise in Form einer bereichsweisen Wandstär kenverringerung oder in Form einer Kerbe. Diese kann mechanisch eingebracht und/oder beim Erzeugen der Vergussmasse ausgebildet werden.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Reißen oder die Materialtrennung/-Auflö- sung beim Abkühlen der Vergussmasse, beispielsweise durch thermisch induzierte Spannungen, zweckmäßigerweise auch bei der Inbetriebnahme oder im Betrieb. Im Betrieb ist beispielsweise die Temperatur- und/oder Drehzahlbelastung derart, dass das Reißen induziert wird.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Risse beim Abkühlen der Vergussmas sen von der Aushärtetemperatur der Vergussmasse auf Raumtemperatur erzeugt.
Die Aushärtetemperatur liegt hierbei bei etwa 180 bis 200 °C, insbesondere bei 190 °C.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen von Rotoren mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Dabei können die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung miteinander kombiniert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 : eine stirnseitige Ansicht einer Ausführungsform eines Rotors;
Fig. 2: eine Detailansicht eines Rotors;
Fig. 3: eine weitere Ausführungsform eines Rotors mit einem teilweise ge schnitten dargestellten Deckelelement.
Fig. 1 zeigt einen Rotor 10, entlang einer Rotorachse R gesehen. Der Rotor 10 er streckt sich sozusagen in die Zeichenebene hinein. Der Rotor 10 weist vorliegend sechs Rotorzähne 12 mit dazwischen ausgebildeten Rotornuten 14 auf. Die Rotor zähne 12 sind mit Leitermaterial 20, wie beispielsweise Kupferdraht, umwickelt. Eine Anordnung, wie sie hier skizziert ist, ist zweckmäßigerweise mit Vergussmasse um spritzt oder umgossen, wobei die Vergussmasse sowohl die Rotornuten 14 ausfüllt, als auch jeweils stirnseitig das Leitermaterial 20 abdeckt oder einhüllt. Die Vergussmasse bzw. der durch sie gebildete Vergusskörper ist vorliegend nicht dargestellt. Wichtig ist, dass die Vergussmasse im Bereich der Wickelköpfe und in Verlängerung der Rotorzähne 12 möglichst nicht reißt. Dieser Bereich ist vorliegend als kritischer Bereich 18 skizziert. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nur ein derartiger Bereich herausgegriffen/skizziert. Vorliegend befindet sich an jedem der Rotorzähne 12 ein derart kritischer Bereich. Es hat sich herausgestellt, dass eine Materialschwächung oder -Auflösung, insbesondere ein oder mehrere Risse in Bereichen, in Verlängerung der Rotornuten 12, vorliegend Segment oder Segmente 30 genannt, dazu führen kann, dass in den kritischen Bereichen 18 keine Risse entstehen. Indem also in den Segmenten 30 Risse zugelassen werden, können Risse in den kritischen Be reichen 18 vorteilhafterweise vermieden werden. Die Materialschwächungen oder Risse 32 sind vorliegend als gezackte Linie dargestellt. Die Materialschwächungen oder Risse erstrecken sich zweckmäßigerweise strahlförmig bzw. radial in den je weiligen Segmenten 30. Mit dem Bezugszeichen 22 ist eine Ummantelung 22 skizziert, welche einen Rotorgrundkörper zweckmäßigerweise ummantelt oder umhüllt. An der Ummantelung liegt zweckmäßigerweise das Leitermaterial 20 an.
Fig. 2 zeigt nun eine Detailansicht eines Rotors, wobei zwei Rotorzähne mit einer dazwischen ausgebildeten Rotornut 14 zu erkennen sind. Bezugszeichen R bezeichnet eine Rotorachse, Bezugszeichen 22 eine Ummantelung eines Rotorgrundkörpers. Die Rotornut 14 wird vorliegend nach außen hin über einen Nutdeckel oder Nutschließkeil 40 begrenzt. Zweckmäßigerweise ist an diesem eine Struktur 50 in Form einer sich radial nach innen orientierten Kante ausgebildet. Diese ist ausgelegt und vorgesehen, um gezielt eine Materialschwächung oder -Auflösung im Bereich eines Segments 30 zu erzeugen. Zusätzlich oder alternativ kann auch die Ummantelung 22, wie hier skizziert, eine entsprechend ausgebildete Kante aufweisen, welche vorliegend entsprechend radial nach außen gerichtet ist. Derartige Strukturen bzw. bauliche/geometrische Merkmale ermöglichen gezielt das bereichs- oder abschnittsweise Auflösen des Materialzusammenhalts der Vergussmasse im Segment 30 oder im Bereich eines Segments 30. Dabei kann die Auflösung des Materialzusammenhalts bereits beim Abkühlen der Vergussmasse, durch hierbei auftretende Spannungen, erfolgen und/oder aber auch im Betrieb oder insbesondere bei der Inbetriebnahme des Rotors. Zweckmäßigerweise ist die Materialschwächung in Verlängerung der Rotornuten 14 ausgebildet, also jeweils stirnseitig am Rotorgrundkörper, insbesondere im Bereich der Wickelköpfe. Hierzu überragt der Nutschließkeil 40 den Rotorgrundkörper in beide Richtungen zweckmäßigerweise entsprechend. Die tatsächliche Ausgestaltung muss einzelfallabhängig gewählt werden.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Rotors 10, wobei hier stirnseitig ein Deckelelement 60 am Rotorgrundkörper angeordnet ist. Im Übrigen sind die wesent lichen technischen Merkmale aus den Figuren 1 und 2 bekannt. Vorliegend wird über einen Ummantelung 22 und das Deckelelement 60 gezielt eine Sollbruchstelle 52 erzeugt. Zweckmäßigerweise ist der Vergusskörper im Bereich des Bezugszei chens 52 durch die Ausgestaltung der Ummantelung 22 und/oder die Ausgestaltung des Deckelelements 60 derart dünn ausgebildet, dass die Vergussmasse dort reißt. Hintergrund ist, dass hierdurch zweckmäßigerweise in radialer Richtung im Bereich des Segments 30 ein Riss entsteht. Gut zu erkennen ist, dass ein hier entstehender Riss, welcher sich axial ausbreitet, nicht auf die Wicklung trifft. Würde stirnseitig im Bereich der Rotorzähne 12 ein Riss entstehen, würde dieser, wenn er sich in axialer Richtung ausbreitet, auf die Wicklung treffen, was unbedingt zu vermeiden ist.
Bezugszeichenliste
10 Rotor 12 Rotorzahn
14 Rotornut 16 Rotorwelle 18 kritischer Bereich 20 Leiter(-Material), Kupferdraht 22 Ummantelung
30 Segment, unkritischer Bereich 32 Materialschwächung, Riss 40 Nutdeckel, Nutschließkeil 50 Struktur 52 Sollbruchstelle
60 Deckelelement R Rotorachse

Claims

Ansprüche
1. Rotor (10), insbesondere für eine stromerregte Synchronmaschine, umfassend einen Rotorgrundkörper, welcher eine Vielzahl von umfänglich verteilt angeordneten Rotorzähnen (12) und dazwischen ausgebildete Rotornuten (14) aufweist, wobei die Rotorzähne (12) entlang der Rotornuten (14) und stirnseitig mit Leitermaterial (20) zum Formen einer Wicklung umwickelt sind, wobei das Leitermaterial (20) zur mechanischen Stabilisierung mit Verguss masse umgeben ist, wodurch ein Vergusskörper gebildet ist, wobei der Vergusskörper an den Stirnseiten in Verlängerung der Rotornuten (14) Segmente (30) aufweist, und wobei in zumindest einem der Segmente (30) der Materialzusammenhalt der Vergussmasse zumindest bereichs- oder abschnittsweise gezielt geschwächt oder aufgelöst ist.
2. Rotor (10) nach Anspruch 1 , wobei der Rotor (10) im Bereich des zumindest einen Segments (30) eine Struktur (50) aufweist, welche ausgelegt ist, die Schwächung oder Auflösung des Materialzusammenhalts zu bewirken oder zu erzeugen.
3. Rotor (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Materialschwächung oder -Auflösung (32) als sich im Wesentlichen radial erstreckender Riss ausgebildet ist.
4. Rotor (10) nach einem der Ansprüche 2-3, wobei die Struktur (50) zumindest eine Kante, eine Ecke und/oder einen Radius umfasst, welche radial nach innen und/oder nach außen gerichtet ist.
5. Rotor (10) nach einem der Ansprüche 2-4, wobei die Struktur (50) an einem Nutschließkeil (40) ausgebildet ist, welcher axial in das zumindest eine Segment (30) hineinragt.
6. Rotor (10) nach einem der Ansprüche 2-5, wobei der Rotorgrundkörper zum Formen einer Ummantelung (22), insbesondere mit Kunststoff, umspritzt oder umgossen ist, und wobei die Struktur (50) an der Ummantelung (22) ausgebildet ist.
7. Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Vergusskörper im Bereich des zumindest einen Segments (30) zumindest abschnitts- oder bereichsweise derart dünn ausgebildet ist, dass eine Sollbruchstelle (50) gebildet ist.
8. Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sollbruchstelle (50) mittelbar über ein stirnseitig am Rotor (10) an geordnetes Deckelelement (60) gebildet ist.
9. Verfahren zum Herstellen eines Rotors (10), umfassend die Schritte:
Bereitstellen eines Rotorgrundkörpers, umfassend eine Vielzahl von um fänglich verteilt angeordneten Rotorzähnen (12) und dazwischen ausge bildeten Rotornuten (14);
Umwickeln der Rotorzähne (12) mit Leitermaterial (20) zum Formen einer Wicklung;
Aufbringen von Vergussmasse auf das Leitermaterial (20) zum Formen eines Vergusskörpers zur mechanischen Stabilisierung der Wicklung, wobei der Vergusskörper stirnseitig in Verlängerung der Rotornuten (14) Segmente (30) ausgebildet;
Gezieltes bereichs- oder abschnittsweises Auflösen des Materialzusammenhalts der Vergussmasse in zumindest einem der Segmente (30).
10. Verfahren nach Anspruch 9, umfassend den Schritt:
Auflösen des Materialzusammenhalts durch ein gezieltes Einbringen einer Struktur (30), welche das Reißen der Vergussmasse bewirkt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Reißen beim Abkühlen der Vergussmasse und/oder im/beim Be trieb des Rotors (10) erfolgt.
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