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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, eine Elektromaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 11 und eine Hybridantriebseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
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Stand der Technik
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Elektromaschinen als Elektromotoren oder als Generatoren werden für verschiedene technische Anwendungen eingesetzt. Elektromaschinen weisen dabei einen Rotor und einen Stator auf. Bei permanentmagneterregten Elektromaschinen sind an den Rotoren Permanentmagnete angeordnet. Die Rotoren können dabei Unwuchten aufweisen. Um evtl. vorhandene Unwuchten auszugleichen, sind die Rotoren an zwei Endabschnitten jeweils mit einer Auswuchtscheibe versehen. Durch additives oder subtraktives Wuchten der Auswuchtscheiben können nach einer entsprechenden Messung Unwuchten an dem Rotor beseitigt werden. Die Auswuchtscheiben bestehen im Allgemeinen aus Metall und beispielsweise durch Abtragen von Metall an einer Außenseite der Außenwuchtscheibe können Unwuchten an dem Rotor beseitigt werden. Die Permanentmagnete sind dabei beispielsweise in Lamellen eingebettet. Die Auswuchtscheiben berühren dabei an den Endabschnitten die Permanentmagnete, sodass es zu einem elektrischen und/oder einem magnetischen Kurzschluss zwischen den Auswuchtscheiben und den Permanentmagneten kommt. Dies führt zu einer Leistungsminderung der Elektromaschine, weil beispielsweise das von dem Permanentmagneten erzeugte magnetische Feld teilweise auch in die Auswuchtscheiben eingeleitet wird.
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Die
DE 10 2006 012 554 A1 zeigt einen Rotor mit einem Stator, mit Statorpolen und mehreren Eisenkernen, deren Schenkel den Stator bilden sowie Wicklungen auf jeden der Eisenkerne aufweisen. Ein Rotor ist dabei mit Rotorzähnen versehen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäßer Rotor für eine Elektromaschine, umfassend eine Welle, Permanentmagnete und wenigstens eine Auswuchtscheibe, wobei die wenigstens eine Auswuchtscheibe elektrisch und/oder magnetisch bezüglich der Permanentmagnete isoliert ist. Dadurch kann es nicht mehr zu einem elektrischen und/oder magnetischen Kurzschluss zwischen der wenigstens einen Auswuchtscheibe und dem Permanentmagneten kommen, sodass Leistungsverluste an der Elektromaschine aufgrund eines Kurzschlusses zwischen der wenigstens einen Auswuchtscheibe und den Permanentmagneten nicht mehr auftreten können.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die wenigstens eine Auswuchtscheibe einen Abstand zu den Permanentmagneten auf, so dass kein unmittelbarer Kontakt zwischen der wenigstens einen Auswuchtscheibe und den Permanentmagneten besteht. Bei einem Abstand zwischen der wenigstens einen Auswuchtscheibe und den Permanentmagneten ist im Allgemeinen in dem Abstand bzw. in dem Hohlraum zwischen der wenigstens einen Auswuchtscheibe und den Permanentmagneten Luft angeordnet. Luft stellt jedoch eine gute elektrische und/oder magnetische Isolierung dar, sodass dadurch die wenigstens eine Auswuchtscheibe bezüglich der Permanentmagnete elektrisch und/oder magnetisch isoliert ist. Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen der wenigstens einen Auswuchtscheibe und den Permanentmagneten wenigstens 0,1, 0,2, 0,3 oder 0,5 mm.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung weist die wenigstens eine Auswuchtscheibe wenigstens eine Aussparung im Bereich der Permanentmagnete auf, so dass wegen der wenigstens einen Aussparung die wenigstens eine Auswuchtscheibe einen Abstand zu den Permanentmagneten aufweist. Die wenigstens eine Aussparung ist dabei in radialer und tangentialer Richtung an der wenigstens einen Auswuchtscheibe ausgebildet, sodass im Bereich wenigstens einen Aussparung ein axialer Abstand zwischen der wenigstens einen Auswuchtscheibe und den Permanentmagneten besteht und außerhalb der wenigstens einen Aussparung die wenigstens eine Auswuchtscheibe unmittelbar auf den Lamellen oder Sinterstahl aufliegt. Vorzugsweise weist die wenigstens eine Auswuchtscheibe auf zwei gegenüberliegenden Seiten die wenigstens eine Aussparung auf, sodass die wenigstens eine Auswuchtscheibe beliebig an der Welle befestigt werden kann, sodass dadurch Montagefehler vermieden werden können.
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In einer Variante ist zwischen der wenigstens Auswuchtscheibe und den Permanentmagneten eine Isolierung angeordnet. Die Isolierung weist im Wesentlichen keine elektrische und/oder magnetische Leitfähigkeit auf, das heißt, kann einen magnetischen und/oder elektrischen Kurzschluss zwischen der wenigstens einen Auswuchtscheibe und den Permanentmagneten verhindern. Die Isolierung steht andererseits unmittelbar in Kontakt zu dem Permanentmagneten, sodass mittels der Auswuchtscheiben die Permanentmagnete in axialer Richtung bezüglich einer Rotationsachse der Welle an dem Rotor von den beiden Auswuchtscheiben mittelbar gehalten werden können.
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Vorzugsweise ist die Isolierung eine Isolationsfolie und/oder eine Isolationsscheibe.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform besteht die Isolierung wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Kunststoff.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung besteht die wenigstens eine Auswuchtscheibe wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Metall, insbesondere Eisen, Stahl oder Aluminium.
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Zweckmäßig weist der Rotor zwei Endabschnitte auf und an jedem Endabschnitt ist jeweils eine Auswuchtscheibe angeordnet.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung sind die Permanentmagnete in Lamellen angeordnet.
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In einer ergänzenden Variante sind die Permanentmagnete in axialer Richtung von der wenigstens einen Auswuchtscheibe mittelbar fixiert. Aufgrund des Anordnens der Isolierung zwischen der wenigstens einen Auswuchtscheibe und den Permanentmagneten besteht einerseits eine elektrische und/oder eine magnetische Isolierung zwischen der wenigstens einen Auswuchtscheibe aus Metall und dem Permanentmagneten und andererseits kann aufgrund der Isolierung von den Permanentmagneten auf die wenigstens eine Auswuchtscheibe in axialer Richtung eine Kraft aufgebracht werden, sodass dadurch die Permanentmagnete innerhalb der Lamellen von den Auswuchtscheiben in axialer Richtung mittelbar fixierbar sind.
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In einer Variante sind die Permanentmagnete an und/oder innerhalb von Lamellen oder an Sinterstahl angeordnet.
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In einer ergänzenden Ausführungsform sind die Permanentmagnete außenseitig an der Welle angerordnet und mittels eines äußeren, die Permanentmagnete umschließenden Zylinders an der Welle befestigt.
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Erfindungsgemäße Elektromaschine, umfassend einen Stator, vorzugsweise mit Elektromagneten, einen Rotor, von dem um eine Rotationsachse eine Rotationsbewegung ausführbar ist, wobei der Rotor als ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebener Rotor ausgebildet ist.
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Eine erfindungsgemäße Hybridantriebseinrichtung mit einem Verbrennungsmotor und einer Elektromaschine umfasst eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Elektromaschine und/oder die Elektromaschine umfasst einen in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Rotor.
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In einer zusätzlichen Variante ist die Elektromaschine ein Elektromotor oder ein Generator.
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Zweckmäßig ist die Elektromaschine eine Synchronmaschine.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Elektromaschine eine elektronische Steuerschaltung zur Bestromung der Spulen am Stator.
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Zweckmäßig weist der Rotor Mittel zur Start-Positionierung des Rotors auf.
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In einer weiteren Variante ist der Rotor mittels einer Lagerung, insbesondere eine Gleitlagerung oder eine Wälzlagerung, gelagert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
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1 einen Längsschnitt einer Elektromaschine in einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 einen Längsschnitt der Elektromaschine in einem zweiten Ausführungsbeispiel und
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3 eine stark vereinfachte Darstellung einer Hybridantriebseinrichtung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Elektromaschine 1 dargestellt, die als Elektromotor 2 oder Generator 3, beispielsweise in einer Hybridantriebseinrichtung 21 mit einem Verbrennungsmotor 22 und der Elektromaschine 1, eingesetzt werden kann (3). Die Hybridantriebseinrichtung 21 kann beispielsweise zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges eingesetzt werden und weist dann vorzugsweise zusätzlich Batterien 13 auf. Die Batterien 13 können beispielsweise bei einem Stillstand des nicht dargestellten Kraftfahrzeuges aufgeladen werden und mittels elektrischer Energie aus den Batterien 13 sowie der Elektromaschine 2 kann das Kraftfahrzeug bewegt werden. Außerdem können während der Fahrt des nicht dargestellten Kraftfahrzeuges die Batterien 13 durch Rekuperation, d. h. einem Betrieb der Elektromaschine 1 als Generator 3, aufgeladen werden.
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Die Elektromaschine 1 (1) weist eine um eine Rotationsachse 14 rotierende Welle 5 auf. An der Welle 5 aus Stahl sind von einer nicht dargestellten Isolierung umgebene Lamellen 16 in axialer Richtung der Rotationsachse 14 übereinander zu einem Lamellenpaket angeordnet oder geschichtet. Die Lamellen 16 bzw. das Lamellenpaket weisen dabei axiale Ausnehmungen auf, in denen Permanentmagnete 15 angeordnet sind. Ein Rotor 4 der Elektromaschine 1 umfasst somit die Welle 5, die Permanentmagnete 15, die Lamellen 16 und ferner zwei Auswuchtscheiben 6. Der Rotor 4 weist dabei einen ersten Endabschnitt 11 und einen zweiten Endabschnitt 12 auf. Jeweils an dem ersten und zweiten Endabschnitt 11, 12 ist dabei die Auswuchtscheibe 6 angeordnet. Die Auswuchtscheibe 6 aus Metall, insbesondere Stahl, dient dazu, Unwuchten an dem Rotor 4 auszugleichen. Hierzu wird der Rotor 4 an einem Prüfstand in eine Rotationsbewegung um die Rotationsachse 14 gesetzt und vorhandene Unwuchten erfasst. Durch Abtragen von Material an der Auswuchtscheibe 6 können diese Unwuchten beseitigt werden. Ein Gehäuse 20 der Elektromaschine 1 ist mittels einer Wälzlagerung 19 an der Welle 5 gelagert. An dem Gehäuse 20 ist ein Stator 17 mit Elektromagneten 18 angeordnet.
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Die beiden Auswuchtscheiben 6 sind an einer Seite mit einer Aussparung 7 versehen (1). Die Aussparung 7 weist dabei in axialer Ausrichtung bezüglich der Rotationsachse 14 eine Ausdehnung von 0,2 mm auf. Ferner ist in radialer Richtung die Aussparung 7 im Bereich der Permanentmagnete 15 ausgebildet, sodass dadurch die Auswuchtscheibe 6 keinen Kontakt zu den Permanentmagneten 15 aufweist. In axialer Richtung besteht somit ein Abstand von 0,2 mm zwischen der Auswuchtscheibe 6 und dem Permanentmagneten 15. In dem Hohlraum, der sich aufgrund der Aussparung 7 zwischen der Auswuchtscheibe 6 und dem Permanentmagneten 15 ausbildet, ist Luft angeordnet. Luft stellt eine gute elektrische und/oder magnetische Isolierung dar, sodass dadurch die Permanentmagnete 15 in vorteilhafter und einfacher Weise bezüglich der metallischen Auswuchtscheibe 6 elektrisch und magnetisch isoliert sind. Dadurch kann ein elektrischer und magnetischer Kurzschluss zwischen den Permanentmagneten 15 und den Auswuchtscheiben 6 verhindert werden, sodass dadurch eine damit verbundene Leistungsminderung der Elektromaschine 1 ausgeschlossen ist.
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In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Auswuchtscheibe 6 der Elektromaschine 1 beidseitig die Aussparung 7 auf. Bei einer Montage der Elektromaschine 1, das heißt beim Aufbringen der Auswuchtscheibe 6 auf die Welle 5, können damit keine Montagefehler auftreten, weil beidseitig in axialer Richtung an der Auswuchtscheibe 6 die Aussparung 7 vorhanden ist.
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In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Elektromaschine 1 abgebildet. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 beschrieben. Die Auswuchtscheibe 6 weist keine Aussparung 7 auf. Zwischen der Auswuchtscheibe 6 und den Permanentmagneten 15 sowie den Lamellen 16 ist eine Isolierung 8 angeordnet. Die Isolierung 8 kann dabei eine Isolationsfolie 9 oder eine Isolierscheibe 10 sein. Die Isolierung 8 besteht dabei aus Kunststoff und weist ein ausreichendes elektrisches und magnetisches Isoliervermögen auf. Mittels der Isolierung 8, zum Beispiel der Isolierscheibe 10, sind somit die beiden Auswuchtscheiben 6 bezüglich der Permanentmagnete 15 elektrisch und magnetisch isoliert. Ein elektrischer und magnetischer Kurzschluss zwischen den Permanentmagneten 15 und den beiden Auswuchtscheiben 6 kann damit in einfacher Weise verhindert werden. Ferner ist von den Permanentmagneten 15 mittelbar mit der Isolierung 8 auf die Auswuchtscheiben 6 in axialer Richtung auf die Auswuchtscheibe 6 eine Kraft aufbringbar. In dem zweiten Ausführungsbeispiel sind somit die Permanentmagnete 15 mittels der Auswuchtscheiben 6 mittelbar innerhalb der Lamellen 16 fixiert.
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Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Rotor 4 und der erfindungsgemäßen Elektromaschine 1 wesentliche Vorteile verbunden. Aufgrund eines Abstandes zwischen den Auswuchtscheiben 6 und den Permanentmagneten 15 des Rotors 4 oder einer zwischen den Auswuchtscheiben 6 und den Permanentmagneten 15 angeordneten Isolierung 8 besteht kein elektrischer und magnetischer Kurzschluss zwischen den Auswuchtscheiben 6 und den Permanentmagneten 15. Eine damit verbundene nachteilige Leistungsminderung der Elektromaschine 1 kann damit in einfacher und preiswerter Weise vermieden werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006012554 A1 [0003]
