DE102007032138A1

DE102007032138A1 - Rotor für eine elektrische Maschine sowie Verfahren zur Befestigung von Lamellen- oder Rotorblechpaketen auf einer Rotorwelle oder einem Rotorträger eines Rotors

Info

Publication number: DE102007032138A1
Application number: DE200710032138
Authority: DE
Inventors: Miro Bekavac; Frank Jagow; Anja Hofmeister
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-06-30
Filing date: 2007-06-30
Publication date: 2009-01-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung eines Lamellen- oder Rotorblechpakets (6) auf einer Rotorwelle oder einem Rotorträger (4) eines Rotors (2) einer elektrischen Maschine sowie einen Rotor (2) für eine elektrische Maschine, wobei das Lamellen- oder Rotorblechpaket (6) kraftschlüssig mit der Rotorwelle oder dem Rotorträger (4) verbunden wird/ist. Es ist vorgesehen, dass das Lamellen- oder Rotorblechpaket (6) an einer inneren (22) oder an einer äußeren Umfangsfläche mit überstehenden Vorsprüngen (24) versehen und anschließend unter plastischer Verformung der Vorsprünge (24) auf die Rotorwelle oder den Rotorträger (4) aufgepresst bzw. in eine Öffnung des Rotorträgers (4) eingepresst wird, so dass die Umfangsfläche (22) danach mit überstehenden plastisch verformten Vorsprüngen (24) versehen ist, die unter Presspassung gegen eine gegenüberliegende zylindrische Umfangsfläche der Rotorwelle oder des Rotorträgers (4) anliegen und das Lamellen- oder Rotorblechpaket (6) ohne Formschluss mit der Rotorwelle oder dem Rotorträger (4) verbinden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung von mindestens einem Lamellen- oder Rotorblechpaket auf einem Rotorträger oder einer Rotorwelle eines Rotors einer elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Rotor für eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7, sowie eine elektrische Maschine mit einem solchen Rotor gemäß Anspruch 10.
Stand der Technik
Rotoren von elektrischen Maschinen umfassen häufig eine Rotorwelle bzw. bei großformatigen elektrischen Maschinen, wie zum Beispiel für Hybridantriebe von Kraftfahrzeugen, einen hohlzylindrischen Rotorträger, mehrere drehfest auf der Rotorwelle bzw. dem Rotorträger befestigte Lamellen- oder Rotorblechpakete zur Reduzierung ohmscher Verluste infolge von Wirbelströmen, sowie eine in Aufnahmenuten der Lamellen- oder Rotorblechpakete untergebrachte Rotorwicklung, Permanentmagnete oder alternativ bei Asynchronmaschinen einen Kurzschlusskäfig. Um die Lamellen- oder Rotorblechpakete mit der Rotorwelle oder dem Rotorträger zu verbinden und eine sichere Übertragung der Drehmomente von den Lamellen- oder Rotorblechpaketen auf die Rotorwelle oder den Rotorträger zu gewährleisten, finden bei der Fertigung von Rotoren für elektrische Maschinen heute zumeist Fügeverfahren Verwendung, bei denen die Lamellen- oder Rotorblechpakete sowohl kraft- und formschlüssig mit der Rotorwelle verbunden werden. Jedoch haben diese Verfahren insbesondere bei großformatigen elektrischen Maschinen technische und wirtschaftliche Nachteile, da sie zum einen eine hohe Anforderung an die Genauigkeit der beiden Fügepartner stellen und da zum anderen beim Fügen durch Kerbwirkung im Bereich des formschlüssigen Eingriffs sowie durch Kaltverschweißung im Bereich des kraftschlüssigen Eingriffs die Festigkeit des fertigen Rotors beeinträchtigt werden kann.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die Anforderung an die Genauigkeit der Fügepartner reduziert und die Gefahr einer Beeinträchtigung der Festigkeit infolge von Kerbwirkung und/oder Kaltverschweißung beim Fügen vermieden werden kann. Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Rotor der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass allein eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Lamellen- oder Rotorblechpaket und der Rotorwelle oder dem Rotorträger ausreichend ist, um eine sichere, zur Übertragung hoher Drehmomente geeignete drehfeste Verbindung zwischen der Rotorwelle oder dem Rotorträger und dem Lamellen- oder Rotorblechpaket zu gewährleisten.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem das Lamellen- oder Rotorblechpaket bei einer Innenläuferanordnung an einer inneren Umfangsfläche und bei Außenläuferanordnungen an einer äußeren Umfangsfläche mit überstehenden Vorsprüngen versehen und unter plastischer Verformung der Vorsprünge auf die Rotorwelle oder den Rotorträger aufgepresst bzw. bei Außenläuferanordnungen in eine Öffnung des Rotorträgers eingepresst wird, um das Lamellen- oder Rotorblechpaket ohne Formschluss mit der Rotorwelle oder dem Rotorträger zu verbinden. Die zuletzt genannte Aufgabe wird weiter durch einen Rotor mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst, bei dem die überstehenden plastisch verformten Vorsprünge infolge ihrer Verformung beim Fügen so fest gegen eine benachbarte zylindrische Umfangsfläche der Rotorwelle oder des Rotorträgers angepresst werden, dass auch ohne eine formschlüssige Verbindung der beiden Fügepartner sehr hohe Drehmomente übertragen werden können.
Die Erfindung ist besonders gut für Rotoren mit großformatigen Rotorträgern geeignet, weil bei diesen die Kontaktfläche zwischen dem Rotorträger und den Lamellen- oder Rotorblechpaketen infolge des größeren Durchmessers oder Umfangs verhältnismäßig groß bemessen ist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Lamellen- oder Rotorblechpakete jeweils aus einer Mehrzahl von identischen Blechen hergestellt werden, deren Vorsprünge in axialer Richtung einer Drehachse des Rotors übereinander angeordnet werden, so dass sie sich beim Auf- bzw. Einpressen des Lamellen- oder Rotorblechpakets nicht in axialer Richtung verbiegen können.
Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, die Vorsprünge der Bleche in axialer Richtung der Drehachse auf Lücke zu setzen oder die Vorsprünge in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt anzuordnen, um gezielt Freiräume für eine Verformung der Vorsprünge zu schaffen.
Die Vorsprünge bilden dadurch überstehende axial oder schraubenförmig verlaufende Rippen, die sich vorzugsweise entlang des Umfangs der Lamellen- oder Rotorblechpakete mit axialen oder schraubenförmigen Vertiefungen abwechseln. Dies hat den Vorteil, dass gegebenenfalls beim Auf- bzw. Einpressen entstehende, von den Rippen abgetragene Späne in die Vertiefungen oder Zwischenräume zwischen benachbarten Rippen abgeführt werden können und somit nicht vor dem auf- bzw. einzupressenden Lamellen- oder Rotorblechpaket hergeschoben werden, wodurch die Entstehung lokaler Spannungsspitzen vermieden werden kann. Außerdem können durch eine nachträgliche Überprüfung der Vertiefungen die Prozesssicherheit und die Prozesskontrolle verbessert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besitzt die mit den Vorsprüngen versehene Umfangsfläche der Lamellen- oder Rotorblechpakete ein wellenförmiges Profil, bei dem die Rippen durch muldenförmige Vertiefungen voneinander getrennt sind und gerundete Scheitel besitzen, so dass sie beim Auf- bzw. Einpressen des Lamellen- oder Rotorblechpakets auf die Rotorwelle oder den Rotorträger bzw. in den Rotorträger unter plastischer Verformung abgeflacht werden, wobei das Material bis über die Fließgrenze beansprucht und teilweise in die Vertiefungen gedrückt wird. Dadurch liegt das Lamellen- oder Rotorblechpaket nach dem Auf- bzw. Einpressen mit einer verhältnismäßig großen Kontaktfläche unter Presspassung gegen die gegenüberliegende zylindrische Umfangsfläche der Rotorwelle oder des Rotorträgers an.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels einer Innenläuferanordnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Rotorträgers einer elektrischen Maschine;
2 eine Längsschnittansicht des Rotorträgers aus 1;
3 eine schematische perspektivische Ansicht eines Lamellen- oder Rotorblechpakets der elektrischen Maschine;
4 eine Längsschnittansicht des Lamellen- oder Rotorblechpakets aus 3;
5 eine schematische perspektivische Ansicht des Rotorträgers und des Lamellen- oder Rotorblechpakets vor dem Fügen;
6 eine schematische perspektivische Ansicht des Rotorträgers und des Lamellen- oder Rotorblechpakets nach dem Fügen;
7 eine vergrößerte Ansicht des Ausschnitts VII in 5 vor dem Aufpressen des Lamellen- oder Rotorblechpakets auf den Rotorträger;
8 eine vergrößerte Ansicht des Ausschnitts VIII in 6 nach dem Aufpressen des Lamellen- oder Rotorblechpakets auf den Rotorträger;
9 eine schematische perspektivische Ansicht eines anderen Rotorträgers;
10 eine Längsschnittansicht des Rotorträgers aus 9.
Ausführungsformen der Erfindung
Der in der Zeichnung nur teilweise und schematisch dargestellte Rotor 2 einer großformatigen elektrischen Maschine für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs umfasst einen ebenfalls nur schematisch und vereinfacht dargestellten hohlzylindrischen Rotorträger 4 und mehrere Lamellen- oder Rotorblechpakete 6, von denen in der Zeichnung nur eines beispielhaft dargestellt ist.
Der in 1 und 2 dargestellte Rotorträger 4 ist topfförmig ausgebildet, um im Inneren des Rotors 2 Platz für weitere Komponenten der elektrischen Maschine oder für Komponenten des Hybridantriebs zu schaffen. Der Rotorträger 4 trägt auf seinem äußeren Umfang die Lamellen- oder Rotorblechpakete 6, sowie eine in Aufnahmenuten (nicht dargestellt) der Lamellen- oder Rotorblechpakete 6 angeordnete Ankerwicklung, Permanentmagnete oder einen Kurzschlusskäfig (nicht dargestellt). Der durch ein Umformverfahren hergestellte metallische Rotorträger 4 besteht im Wesentlichen aus einem zur Drehachse 8 des Rotors 2 koaxialen hohlzylindrischen Wandteil 10 mit einer zylindrischen äußeren Umfangsfläche 12, sowie einem einstückig mit dem Wandteil 10 ausgebildeten kreisförmigen Bodenteil 14, der den vom Wandteil 10 begrenzten Hohlraum 16 an einem Stirnende des Wandteils 10 verschließt.
Wie am besten in 3 und 4 dargestellt, sind die Lamellen- oder Rotorblechpakete 6 ringförmig ausgebildet. Jedes der Lamellen- oder Rotorblechpakete 6 besteht aus einer Mehrzahl von identischen, übereinander gestapelten dünnen Dynamoblechen 18, die zum Beispiel durch Verprägen starr mit den jeweils benachbarten Blechen 18 verbunden sind, um das jeweilige Lamellen- oder Rotorblechpaket 6 zusammenzuhalten. Die Bleche 18 und damit auch die Lamellen- oder Rotorblechpakete 6 weisen eine im Wesentlichen kreisförmige Durchtrittsöffnung 20 für den Rotorträger 4 auf. Die Querschnittsabmessungen der Durchtrittsöffnung 20 sind so an die Querschnittsabmessungen des Rotorträgers 4 angepasst, dass die Lamellen- oder Rotorblechpakete 6 in axialer Richtung (Pfeil A in 5) auf den Rotorträger 4 aufgepresst werden können, wie in 5 und 6 dargestellt, um sie mit Presspassung kraftschlüssig mit dem Rotorträger 4 zu verbinden.
Wie am besten in 7 dargestellt, weist die innere Umfangsfläche 22 der Durchtrittsöffnung 20 ein wellenförmiges Profil mit einem über die axiale Länge der Lamellen- oder Rotorblechpakete 6 gleichbleibenden, im Wesentlichen sinusförmigen Querschnitt auf. Das Profil umfasst eine Mehrzahl von abwechselnden gerundeten Erhebungen 24 und muldenförmigen Vertiefungen 26, die sich parallel zur Drehachse 8 über die Länge jedes Lamellen- oder Rotorblechpakets 6 erstrecken. Der Abstand zwischen den Scheiteln der jeweils diametral gegenüberliegenden Erhebungen 24 ist etwas kleiner als der Außendurchmesser des Rotorträgers 4, während der Abstand zwischen den Scheiteln der jeweils diametral gegenüberliegenden Vertiefungen 26 etwas größer als der Außendurchmesser des Rotorträgers 4 ist. Umgekehrt ist der Außendurchmesser des Rotorträgers 4 so bemessen, dass er gleich oder etwas kleiner als der Durchmesser eines in 7 strichpunktiert dargestellten, durch die Wendepunkte der Sinuslinie des Wellenprofils verlaufenden Kreises 30 ist.
Wenn die Lamellen- oder Rotorblechpakete 6 beim Fügen in axialer Richtung auf den Rotorträger 4 aufgepresst werden, wie in 5 für das Lamellen- oder Rotorblechpaket 6 durch den Pfeil A dargestellt, werden infolgedessen die Erhebungen 24 plastisch verformt. Die plastische Verformung der Erhebungen 24 sorgt dann für einen kraftschlüssigen drehfesten Sitz der Lamellen- oder Rotorblechpakete 6 auf dem Rotorträger 4, der ohne die Notwendigkeit eines Formschlusses zur Übertragung hoher Drehmomente geeignet ist.
Wie am besten in 7 und 8 dargestellt, werden bei der plastischen Verformung der Erhebungen 24 infolge der auf die Lamellen- oder Rotorblechpakete 6 bzw. auf den Rotorträger 4 ausgeübten axialen Druckkraft die Scheitel der Erhebungen 24 im Zuge der Axialbewegung des Rotorträgers 4 durch die Durchtrittsöffnung 20 unter Anpassung an die zylindrische äußere Umfangsfläche 12 des Rotorträgers 4 abgeflacht oder "eingeebnet", wobei das Material der Erhebungen 24 die Fließgrenze überschreitet und beiderseits der Scheitel in die benachbarten muldenförmigen Vertiefungen 26 gedrückt wird. Der Querschnitt der Vertiefungen 26 wird dadurch etwas kleiner.
Für den Fall, dass beim Aufpressen der Lamellen- oder Rotorblechpakete 6 auf den Rotorträger 4 im Bereich der Scheitel der Erhebungen 24 Späne abgeschert werden sollten, bieten die Vertiefungen 26 trotzdem noch genügend Platz zur Aufnahme bzw. Abfuhr dieser Späne, so dass die Gefahr einer Kaltverschweißung zwischen den gegeneinander anliegenden Oberflächen der Lamellen- oder Rotorblechpakete 6 und des Rotorträgers vermieden und die Prozesssicherheit und Prozesskontrolle durch eine nachträgliche Überprüfung der Vertiefungen verbessert werden können.
Die 9 und 10 zeigen beispielhaft einen modifizierten Rotorträger 4, bei dem der einstückig mit dem hohlzylindrischen Wandteil 10 verbundene Bodenteil 14 in der Nähe der Mitte des Rotorträgers 4 angeordnet ist und zwei vom Wandteil begrenzte, nach entgegengesetzten Seiten offene Hohlräume 32, 34 voneinander trennt.
Die Erfindung ist in gleicher Weise bei Außenläuferanordnungen einsetzbar, bei denen die äußeren Umfangsflächen der Lamellen- oder Rotorblechpakete ein wellenförmiges Profil aus abwechselnden Erhebungen und Vertiefungen aufweisen, wobei die Erhebungen beim Einpressen in eine zylindrische Öffnung des Rotorträgers verformt werden, so dass sie anschließend unter Presspassung gegen eine innere Umfangsfläche der Öffnung anliegen.

Claims

Verfahren zur Befestigung von mindestens einem Lamellen- oder Rotorblechpaket auf einer Rotorwelle oder einem Rotorträger eines Rotors einer elektrische Maschine, insbesondere auf einem hohlzylindrischen Rotorträger einer großformatigen elektrischen Maschine, bei dem das Lamellen- oder Rotorblechpaket kraftschlüssig mit der Rotorwelle oder dem Rotorträger verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Lamellen- oder Rotorblechpaket (6) an einer inneren (22) oder einer äußeren Umfangsfläche mit überstehenden Vorsprüngen (24) versehen und unter plastischer Verformung der Vorsprünge (24) auf die Rotorwelle oder den Rotorträger (4) aufgepresst bzw. in eine Öffnung des Rotorträgers eingepresst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lamellen- oder Rotorblechpaket (6) aus einer Mehrzahl von identischen Blechen (18) hergestellt wird, deren Vorsprünge (24) in axialer Richtung einer Drehachse (8) des Rotors (2) übereinander angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass gerundete Scheitel der Vorsprünge (24) beim Aufpressen bzw. Einpressen des Lamellen- oder Rotorblechpakets (6) auf bzw. in den Rotorträger (4) abgeflacht werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lamellen- oder Rotorblechpaket (6) abwechselnd mit Vorsprüngen (24) und Vertiefungen (26) versehen wird, um der Umfangsfläche (22) ein wellenförmiges Profil zu verleihen.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufpressen bzw. Einpresse des Lamellen- oder Rotorblechpakets (6) auf bzw. in den Rotorträger (4) von den Vorsprüngen (24) abgetragene Späne von Vertiefungen (26) zwischen den Vorsprüngen (24) aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lamellen- oder Rotorblechpaket (6) ohne Formschluss auf bzw. in den Rotorträger (4) auf- bzw. eingepresst wird.
Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere für eine großformatige elektrische Maschine, mit einer Rotorwelle oder einem hohlzylindrischen Rotorträger und mindestens einem kraftschlüssig mit der Rotorwelle oder dem Rotorträger verbundenen Lamellen- oder Rotorblechpaket, dadurch gekennzeichnet, dass eine innere (22) oder eine äußere Umfangsfläche des Lamellen- oder Rotorblechpakets (6) mit überstehenden plastisch verformten Vorsprüngen (24) versehen ist.
Rotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die überstehenden Vorsprünge (24) mit Presspassung gegen eine gegenüberliegende zylindrischen Umfangsfläche (12) der Rotorwelle oder des Rotorträgers (4) anliegen, und dass die Umfangsfläche (22) des Lamellen- oder Rotorblechpakets (6) zwischen den Vorsprüngen (24) in einem Abstand von der zylindrischen Umfangsfläche (12) der Rotorwelle oder des Rotorträgers (4) angeordnet ist.
Rotor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (24) benachbarter Bleche (18) des Lamellen- oder Rotorblechpakets (6) und/oder benachbarter Lamellen- oder Rotorblechpakete (6) in axialer Richtung übereinander liegen.
Elektrische Maschine, gekennzeichnet durch einen Rotor (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 9.