-
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine permanentmagneterregte Transversalflussmaschine, insbesondere zum elektrischen Antrieb eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotors.
-
Transversalflussmaschinen zeichnen sich durch eine kompakte Bauform bei gleichzeitig hoher Leistungsdichte aus. Der magnetische Fluss von Transversalflussmaschinen erstreckt sich dabei im Wesentlichen senkrecht zu der Drehrichtung des Rotors. In permanentmagneterregten Transversalflussmaschinen ist eine Vielzahl von Permanentmagneten in dem Rotor der Maschine vorgesehen. Der Antrieb des Rotors erfolgt durch eine Stromspeisung entsprechender Spulenwicklungen eines Stators, der benachbart zu dem Rotor angeordnet ist.
-
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ausgestaltungen von Rotoren für elektrische Maschinen bekannt. In dem Dokument
DE 10 2008 027 759 A1 ist ein Rotor für eine permanentmagneterregte dynamoelektrische Maschine gezeigt, welche einen Rotorbasiskörper aus Aluminium oder Kunststoff umfasst, der als Strangpressbauteil ausgebildet ist. Im Rotorbasiskörper sind ein oder mehrere Füllräume zur Aufnahme einer Flussleitflüssigkeit vorgesehen. In der Druckschrift
DE 102 17 977 A1 ist ein Rotor für eine elektrische Maschine offenbart, an dessen Umfangsfläche mehrere Permanentmagnete angeordnet sind, die mit einer Halteabdeckung abgedeckt sind. Die aus dem Stand der Technik bekannten Rotoren weisen den Nachteil auf, dass sie aufwändig im Aufbau und schwierig herzustellen sind.
-
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Rotor für eine permanentmagneterregte Transversalflussmaschine zu schaffen, der einfach aufgebaut und einfach herzustellen ist.
-
Diese Aufgabe wird durch den Rotor gemäß Patentanspruch 1 bzw. das Herstellungsverfahren gemäß Patentanspruch 11 gelöst.
-
Der erfindungsgemäße Rotor, der in einer bevorzugten Variante zum elektrischen Antrieb eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs dient, umfasst eine Rotorscheibe bzw. einen Rotorkörper, entlang deren Umfang eine Vielzahl von Permanentmagneten angeordnet ist. Die Anordnung der Permanentmagneten ist dabei insbesondere derart, dass sich gleiche Pole von zwei in Umfangsrichtung der Rotorscheibe benachbarten Permanentmagneten gegenüberliegen. Der Rotor zeichnet sich dadurch aus, dass die Rotorscheibe ein Spritzgusskörper aus Kunststoff ist, in dem die Permanentmagnete aufgenommen sind. Auf diese Weise wird ein einfach aufgebauter Rotor mit einstückiger Rotorscheibe geschaffen, der mit an sich bekannten Spritzgusstechniken problemlos herstellbar ist. Durch die Verwendung eines Spritzgusskörpers als Rotorscheibe können auf einfache Weise beliebige Formgebungen der Rotorscheibe erreicht werden.
-
Als Kunststoff für die Rotorscheibe kann jeder beliebige spritzfähige Kunststoff verwendet werden, beispielsweise Polyamid. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird faserverstärkter Kunststoff, insbesondere karbon- oder glasfaserverstärkter Kunststoff, eingesetzt, wodurch die Stabilität der Rotorscheibe erhöht wird. Zum Beispiel kann als Kunststoff PA66 GF25 (Polyamid 66 mit 25% Glasfaser) verwendet werden.
-
Um eine gezielte Einleitung des magnetischen Flusses in den Stator einer Transversalflussmaschine zu erreichen, sind in einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Rotors zwischen in Umfangsrichtung der Rotorscheibe benachbarten Permanentmagneten Flussleitelemente aus ferromagnetischem Material in der Rotorscheibe aufgenommen. Vorzugsweise kontaktiert dabei ein jeweiliges Flussleitelement die Permanentmagnete, zwischen denen es angeordnet ist. Die Flussleitelemente bestehen z. B. aus einem Eisenpulververbundwerkstoff. Die Verwendung von Flussleitelementen weist ferner den Vorteil auf, dass der Zusammenbau des Rotors im Rahmen seiner Herstellung vereinfacht wird, denn die magnetischen Abstoßungskräfte zwischen benachbarten Permanentmagneten werden durch die dazwischen liegenden Flussleitelemente aufgehoben bzw. vermindert, so dass die Permanentmagnete bei der Herstellung des Rotors leichter zu einem Ring angeordnet werden können.
-
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Rotors weist zumindest eine, sich zwischen benachbarten Permanentmagneten erstreckende Seite von einem oder mehreren Flussleitelementen zumindest eine Ausnehmung auf, welche vorzugsweise zylindrisch ist und deren Längsachse sich vorzugsweise in radialer Richtung der Rotorscheibe erstreckt. Auf diese Weise wird eine besonders gute Einleitung des magnetischen Flusses in den Stator bewirkt. Ferner können die Ausnehmungen mit Kunststoff des Spritzgusskörpers der Rotorscheibe gefüllt sein, wodurch die Stabilität des Rotors insgesamt verbessert wird.
-
Zur weiteren Erhöhung der Stabilität des Rotors kann gegebenenfalls im Bereich des Außenumfangs der Rotorscheibe ein Zugverband vorgesehen sein. Dieser kann analog zu dem Permanentmagneten in der Rotorscheibe aufgenommen sein, so dass er von dem Kunststoff der Rotorscheibe umgeben ist. Der Zugverband kann aus verschiedenen Materialien hergestellt sein. Beispielsweise kann der Zugverband eine Wicklung aus Kohlefasern umfassen oder als Kunststoffring ausgestaltet sein.
-
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors umfasst die Rotorscheibe eine Mehrzahl von zwischen dem Mittelpunkt der Rotorscheibe und den Permanentmagneten angeordneten länglichen Öffnungen zur Befestigung der Rotorscheibe an einer Welle, wobei die länglichen Öffnungen in Umfangsrichtung der Rotorscheibe nebeneinander angeordnet sind und sich die Längsrichtungen der länglichen Öffnungen in radialer Richtung der Rotorscheibe erstrecken. Die Verwendung solcher länglicher Öffnungen hat den Vorteil, dass bei der Befestigung des Rotors auf einer metallischen Antriebswelle, beispielsweise über entsprechende Bolzen bzw. Zähne, welche in die länglichen Öffnungen eingesetzt werden, Längenänderungen aufgrund der unterschiedlichen Temperaturausdehnung des Metalls der Welle und des Kunststoffs der Rotorscheibe ausgeglichen werden können. Darüber hinaus kann durch die länglichen Öffnungen die in tangentialer Richtung wirkende Antriebskraft auf eine größere Fläche verteilt werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass zur Anbindung der Rotorscheibe an die Welle Gleitschuhe bzw. Zähne verwendet werden, welche analog zu den länglichen Öffnungen geformt sind und in diese eingesetzt sind. Hierdurch wird eine große radiale Auflagefläche zwischen den länglichen Öffnungen und den Gleitschuhen bzw. den Zähnen gebildet.
-
Die oben beschriebenen länglichen Öffnungen können je nach Ausführung des Rotors unterschiedlich ausgestaltet sein. Zum Beispiel kann ein Teil der länglichen Öffnungen als geschlossene Langlöcher ausgebildet sein, in denen dann z. B. der oben erwähnte Gleitschuh eingesetzt wird. Dieser Gleitschuh weist vorzugsweise eine Öffnung für einen Bolzen auf, um hierdurch den Rotor an einer Welle zu befestigen. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass die Rotorscheibe als Ring ausgestaltet ist, wobei zumindest ein Teil der länglichen Öffnungen hin zur Innenseite des Rings geöffnet sind. Diese Variante kommt insbesondere dann zum Einsatz, wenn die Anbindung des Rotors an einer Welle über entsprechende Zähne geschaffen wird.
-
Neben dem oben beschriebenen Rotor umfasst die Erfindung ferner eine Transversalflussmaschine, welche einen solchen Rotor beinhaltet. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Rotors, wobei in einem Schritt a) eine Vielzahl von Permanentmagneten zu einem Ring angeordnet wird. Die Anordnung zu dem Ring erfolgt vorzugsweise derart, dass sich gleiche Pole von zwei in Umfangsrichtung des Rings benachbarten Permanentmagneten gegenüberliegen. Anschließend erfolgt in einem Schritt b) das Umspritzen des Rings mit Kunststoff, so dass eine Rotorscheibe als Spritzgusskörper mit darin aufgenommenen Permanentmagneten gebildet wird. Hierdurch wird eine einfache, mit wenigen Verfahrensschritten durchführbare Herstellung des erfindungsgemäßen Rotors erreicht. Insbesondere wird durch den Vorgang des Umspritzens die Aufnahme der Permanentmagnete in der Rotorscheibe bewirkt, ohne dass ein separater Schritt vorgesehen werden muss, in dem die Permanentmagnete in die Rotorscheibe eingesetzt werden.
-
Das Umspritzen erfolgt insbesondere mit an sich bekannten Spritzgusstechniken. Dabei wird der Ring aus Permanentmagneten in ein geeignetes Spritzgusswerkzeug mit der Form der Rotorscheibe angeordnet, und anschließend wird von mehreren Einspritzstellen der Kunststoff eingespritzt. Über entsprechende Abstandselemente, welche partiell an dem Ring aus Permanentmagneten anliegen, kann dabei beim Umspritzen eine axiale Fixierung des Rings zur Ausbildung einer ebenen Rotorscheibe erreicht werden.
-
In einer bevorzugten Variante der Herstellung des erfindungsgemäßen Rotors wird in Schritt a) die Vielzahl von Permanentmagneten mit zwischen benachbarten Permanentmagneten vorgesehenen Flussleitelementen aus ferromagnetischem Material zu dem Ring angeordnet. Diese Variante hat den besonderen Vorteil, dass die Anordnung der Permanentmagnete zu dem Ring vereinfacht wird, denn die Abstoßungskraft zwischen den Polen von benachbarten Permanentmagneten wird durch die dazwischen liegenden Flussleitelemente aufgehoben bzw. vermindert. Die Anordnung zu dem Ring kann dabei derart ausgestaltet sein, dass zunächst Pakete aus zumindest einem Permanentmagneten und zumindest einem Flussleitelement gebildet werden, indem der zumindest eine Permanentmagnet und das zumindest eine Flussleitelement aufeinander folgend miteinander in Kontakt gebracht werden. Anschließend werden die Pakete dann zu dem Ring zusammengesetzt. Die Anordnung der Permanentmagnete und Flussleitelemente zu einzelnen Paketen ist besonders einfach, da sich die Permanentmagnete und die Flussleitelemente magnetisch anziehen.
-
In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird vor dem Umspritzen des Rings ein Zugverband um den Ring angeordnet, wodurch eine hohe Stabilität der Rotorscheibe erreicht wird. Zur Anordnung des Zugverbands wird in einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens der Ring aus Permanentmagneten mit gegebenenfalls dazwischen liegenden Flussleitelementen in radialer Richtung nach außen gegen den Zugverband gedrückt. Hierzu kann beispielsweise ein konisches Werkzeug verwendet werden, welches die Permanentmagnete und die Flussleitelemente von innen gegen den Zugverband drückt.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens werden durch das Umspritzen in Schritt b) längliche Öffnungen zur Befestigung der Rotorscheibe an einer Welle gebildet, wobei die länglichen Öffnungen in Umfangsrichtung der Rotorscheibe nebeneinander angeordnet sind und sich die Längsrichtungen der länglichen Öffnungen in radialer Richtung der Rotorscheibe erstrecken. Auf diese Weise können durch entsprechende Formgebung des Spritzgusswerkzeugs bereits beim Prozess des Umspritzens die entsprechenden länglichen Öffnungen ausgebildet werden. Gegebenenfalls besteht jedoch auch die Möglichkeit, die länglichen Öffnungen nach dem Umspritzen aus dem Spritzgusskörper auszufräsen bzw. aus diesem auszustanzen.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
-
Es zeigen:
-
1 eine Schnittansicht, welche einen Teil einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors zeigt;
-
2 eine perspektivische Darstellung eines Teils einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors;
-
3 eine Schnittdarstellung, welche einen Teil einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors zeigt;
-
4 einen Querschnitt entlang der Linie A-A der 3; und
-
5 eine Schnittdarstellung, welche die Herstellung des Rotors der 3 verdeutlicht.
-
1 zeigt ausschnittsweise einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors. Der Rotor 1 umfasst dabei eine ringförmige Rotorscheibe 2, welche ein Spritzgusskörper aus Kunststoff ist, wobei als Kunststoff vorzugsweise ein faserverstärkter Kunststoff verwendet wird, beispielsweise ein karbonfaser- oder glasfaserverstärkter Kunststoff. Hierdurch wird die Stabilität des Rotors erhöht. Im äußeren Umfangsbereich der Rotorscheibe sind in dem Kunststoff Permanentmagnete 3 eingebettet, welche aus Übersichtlichkeitsgründen nur teilweise mit diesem Bezugszeichen bezeichnet sind. Die Permanentmagnete sind dabei entlang des gesamten Umfangs der Rotorscheibe 2 vorgesehen. Zwischen den einzelnen benachbarten Permanentmagneten 3 befindet sich eine dünne Schicht des Kunststoffmaterials der Rotorscheibe 2, wobei eine derartige Integration der Permanentmagneten in das Kunststoffmaterial der Rotorscheibe durch Umspritzen von entsprechend ringförmig angeordneten Permanentmagneten erreicht werden kann. Die Permanentmagnete 3 weisen einen Aufbau aus mehreren magnetischen Schichten auf, wobei in 1 dieser Schichtaufbau durch die drei Schichten 301, 302 und 303 der jeweiligen Permanentmagneten angedeutet ist. An den, sich in radialer Richtung erstreckenden und senkrecht zur Blattebene verlaufenden Seiten der jeweiligen Permanentmagnete sind die Magnetpole ausgebildet. Entsprechende Nord- und Südpole sind für einige der Permanentmagneten in 1 durch die entsprechenden Bezugszeichen S für Südpol und N für Nordpol angedeutet. Man erkennt dabei, dass aufeinander folgende Permanentmagnete immer entgegengesetzt ausgerichtet sind, d. h. die gleichen Pole von in Umfangsrichtung benachbarten Permanentmagneten liegen sich gegenüber.
-
Durch die dargestellte Anordnung der Permanentmagnete kann der Rotor in einer permanentmagneterregten Transversalflussmaschine verwendet werden. Transversalflussmaschinen sind dabei an sich bekannt und zeichnen sich durch eine besonders kompakte Bauform mit gleichzeitig hoher Leistungsdichte aus. Dabei werden jeweilige Statorhälften benachbart zur Vorder- bzw. Rückseite des Rotors angeordnet. Jede dieser Statorhälften beinhaltet eine umlaufende Wicklung, mit der ein im Wesentlichen senkrecht zur Drehrichtung des Rotors verlaufender magnetischer Fluss durch die Speisung der Wicklungen mit Wechselspannung erzeugt wird. Auf diese Weise wird die Drehung des Rotors bewirkt, wobei die Drehung des Rotors in 1 in der Blattebene liegt. Die Transversalflussmaschine, in welcher der Rotor der 1 und auch der weiter unten beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, ist vorzugsweise zum elektrischen Antrieb in einem Elektro- bzw. Hybridfahrzeug vorgesehen. Bei der Verwendung in einem Hybridfahrzeug kann die Transversalflussmaschine als Motor und als Generator betrieben werden. Der Einsatz von Transversalflussmaschinen in Kraftfahrzeugen hat den Vorteil, dass wenig Bauraum für diese Maschinen im Fahrzeug benötigt wird. Da im Rahmen der Erfindung nur der Aufbau des Rotors relevant ist, wird auf den an sich bekannten restlichen Aufbau einer Transversalflussmaschine nicht weiter eingegangen.
-
Wie aus 1 ersichtlich ist, befindet sich am Außenumfang des Rotors 2 ferner ein Zugverband 4, der beispielsweise durch einen Plastikring bzw. eine Wicklung aus Karbonfasern gebildet sein kann. Durch diesen Zugverband wird die Stabilität des Rotors auch bei höheren Drehzahlen gewährleistet. Der Zugverband 4 ist vorzugsweise analog zu den Permanentmagneten in dem Kunststoffkörper der Rotorscheibe 2 eingebettet, d. h. bei der Herstellung der Rotorscheibe werden im Rahmen des Spritzgusses sowohl der Ring aus Permanentmagneten als auch der Zugverband gemeinsam umspritzt.
-
Zur Anbindung des Rotors an eine entsprechende Antriebswelle umfasst die Rotorscheibe 2 entlang ihrer Innenseite entsprechende längliche Öffnungen 5, welche hin zu einem zentralen Loch in der Rotorscheibe geöffnet sind. Diese Öffnungen werden auf eine korrespondierende Antriebswelle (nicht gezeigt) mit entsprechenden Zähnen gesetzt, die in die Öffnungen 5 der Rotorscheibe eingreifen. Im Unterschied zu dem Kunststoffmaterial der Rotorscheibe 2 bestehen die Zähne der Welle in der Regel aus Metall. Die einzelnen Zähne erstrecken sich dabei in die einzelnen Öffnungen 5 und ermöglichen auf diese Weise große radiale Flächen, so dass sich die Tangentialkräfte beim Antrieb der Rotorscheibe auf eine große Fläche verteilen. Hierdurch wird der Tatsache Rechnung getragen, dass das Kunststoffmaterial der Rotorscheibe wesentlich geringere Flächenpressungen aushält als metallische Materialien. Demzufolge kann der Rotor der 1 trotz der Verwendung von Kunststoffmaterial auch für Transversalflussmaschinen mit hohen Drehmomenten bzw. Kräften eingesetzt werden, wie sie insbesondere in Elektroantrieben von Fahrzeugen auftreten. Durch die länglichen Öffnungen 5 des Rotors der 1 wird ferner berücksichtigt, dass die Wärmeausdehnung von Kunststoffmaterial anders ist als die Wärmeausdehnung der metallischen Welle, auf welcher der Rotor befestigt ist. Dabei erstrecken sich die einzelnen Zähne der Welle nicht ganz bis zum oberen Ende der jeweiligen Öffnungen 5, so dass bei Temperaturschwankungen ein Ausgleich zwischen unterschiedlichen Ausdehnungen der Kunststoffscheibe und der metallischen Welle erreicht wird. Somit wird über die länglichen Öffnungen auch eine radiale Entkopplung der Längenänderung der metallischen Welle von der Längenänderung des Kunststoffs der Rotorscheibe bei Wärmeausdehnung gewährleistet.
-
Die Rotorwelle der 1 weist ferner den Vorteil auf, dass die Rotorscheibe auf einfache Weise durch Spritzguss hergestellt werden kann, wobei im Rahmen des Spritzgießens gleichzeitig die Permanentmagnete in die Rotorscheibe integriert werden können. Darüber hinaus können durch Verwendung einer entsprechenden Spritzgussform auch sogleich die einzelnen Öffnungen 5 in der Rotorscheibe ausgebildet werden, so dass gegebenenfalls kein zusätzlicher Schritt zum Ausstanzen bzw. Ausfräsen dieser Öffnungen bei der Herstellung des Rotors durchgeführt werden muss.
-
2 zeigt in perspektivischer Darstellung eine abgewandelte Ausführungsform eines Rotors 1. In Analogie zu dem Rotor der 1 ist die Rotorscheibe 2 wiederum ein Spritzgusskörper, in dem die einzelnen Permanentmagnete 3 integriert sind. Ebenso ist ein Zugverband 5 am Außenumfang der Scheibe vorgesehen. Im Unterschied zu 1 sind nunmehr anstatt der zu einem inneren Loch der Rotorscheibe geöffneten länglichen Öffnungen 5 entsprechende geschlossene Langlöcher 5' vorgesehen, von denen mehrere radial benachbart entlang einer zentralen Öffnung in der Rotorscheibe angeordnet sind. Die zentrale Öffnung ist dabei wellenförmig mit einzelnen Ausbuchtungen 6 ausgestaltet. Analog zu den Öffnungen 5 der 1 dienen die Langlöcher 5' auch zur Befestigung des Rotors an eine Antriebswelle. Die Antriebswelle umfasst nunmehr jedoch eine Vielzahl von runden Öffnungen mit einem Öffnungsquerschnitt, der geringer als die Breite der einzelnen Langlöcher 5' ist. Die einzelnen Öffnungen der Antriebswelle können dabei in Korrespondenz mit den entsprechenden Langlöchern 5' gebracht werden, so dass ein metallischer Bolzen bzw. eine metallische Schraube durch jedes Langloch und jede korrespondierende Öffnung der Antriebswelle gesteckt werden. Über entsprechende Muttern, welche auf die Schrauben aufgesetzt werden, kann dann der Rotor an der Antriebswelle verschraubt werden. Die einzelnen Bolzen bzw. Schrauben zur Befestigung des Rotors an der Antriebswelle sind in 2 durch Bezugszeichen 8 angedeutet. In der Ausführungsform der 2 wird dabei ferner ein metallischer Gleitschuh 7 zwischen Bolzen 8 und Langloch 5' eingesetzt, wobei dieser Gleitschuh die gleiche Formgebung wie das Langloch 5' aufweist, jedoch in seiner Länge gegenüber dem Langloch etwas verkürzt ist. Durch diesen Gleitschuh wird eine große radiale Auflagefläche zur Kraftübertragung zwischen Rotor und Antriebswelle in tangentialer Richtung erreicht, wodurch wiederum der Tatsache Rechnung getragen wird, dass das Kunststoffmaterial der Rotorscheibe 2 geringere Flächenpressungen als metallische Materialien aushält. Darüber hinaus können wieder die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen von Kunststoff und dem metallischen Material der angebundenen Antriebswelle durch die Verschiebung des Gleitschuhs 7 innerhalb der Langlöcher 5' ausgeglichen werden.
-
In 1 wurde der Rotor an eine entsprechende metallische Antriebswelle mit Zähnen angebunden. Gegebenenfalls besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass stattdessen die anhand von 2 beschriebene Anbindung der Antriebswelle über einen Bolzen 8 mit entsprechendem Gleitschuh 7 realisiert wird. In diesem Fall sind Bolzen und Gleitschuh in die entsprechenden Öffnungen 5 der Rotorscheibe der 1 eingesetzt.
-
3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Rotors der 1 in Schnittansicht. Im Unterschied zu 1 sind in dem Spritzgusskörper der Rotorscheibe 2 nunmehr nicht nur Permanentmagnete 3 eingebettet, sondern es sind darüber hinaus zwischen den einzelnen benachbarten Permanentmagneten geeignete Flussleitelemente bzw. Flussgleitstücke 9 aus ferromagnetischem Material vorgesehen, z. B. aus Eisenpulververbundwerkstoff. Diese Flussleitelemente, welche nur teilweise mit dem Bezugszeichen 9 versehen sind, leiten den magnetischen Fluss gezielt in den Stator ein und erhöhen die Festigkeit der Rotorscheibe. Darüber hinaus wird durch die Flussleitstücke die Herstellung der Rotorscheibe vereinfacht, wie weiter unten noch näher erläutert wird. In Analogie zu 1 ist um den Ring aus Permanentmagneten 3 und Flussleitstücken 9 wiederum ein Zugverband 4 vorgesehen, der vorzugsweise durch den Kunststoff der Rotorscheibe 2 umspritzt ist.
-
4 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der 3. Man erkennt in dieser Figur nochmals detailliert den Querschnitt der einzelnen Flussleitstücke 9. Insbesondere wird ersichtlich, dass die Flussleitstücke sich senkrecht zur Blattebene erstreckende zylindrische Ausnehmungen 901 auf Vorderseite und Rückseite des Rotors 2 aufweisen. Hierdurch wird die magnetische Flusseinleitung zum Stator verbessert. Man erkennt in 4 ferner, dass beide Seiten der Permanentmagnete sowie der Flussleitelemente mit Kunststoffmaterial der Rotorscheibe 2 umspritzt sind. Insbesondere sind auch die Ausnehmungen 901 der Flussleitstücke mit diesem Kunststoffmaterial gefüllt, wodurch ein stabilerer Verbund aus Scheibe 2, Permanentmagneten 3 und Flussleitelemente 9 erreicht wird.
-
In Bezug auf 5 wird eine bevorzugte Variante der Herstellung der Rotorscheibe der 3 erläutert. Im Rahmen der Herstellung werden zunächst mittels einer mechanischen Vorrichtung Pakete aus aufeinander folgenden Permanentmagneten 3 und Flussleitstücken 9 gebildet, wobei das Paket gegebenenfalls auch nur einen Permanentmagneten und ein Flussleitstück aufweisen kann. Dabei wirkt sowohl vom Nordpol als auch vom Südpol der Permanentmagneten eine Anziehungskraft auf das ferromagnetische Material der Flussleitstücke, so dass die Pakete auf einfache Weise gebildet werden können. Die einzelnen Pakete werden schließlich zu dem in 5 angedeuteten Ring zusammengesetzt. Die Anordnung der Permanentmagnete zu einem Ring ist bei der Ausbildung des Rotors mit Flussleitstücken wesentlich einfacher als bei einem Rotor ohne Flussleitstücke, da im Rotor ohne Flussleitstücke den magnetischen Abstoßungskräften zwischen benachbarten Polen der Permanentmagnete durch entsprechende mechanische Mittel entgegengewirkt werden muss. Der Ring aus Permanentmagneten 3 und Flussleitstücken 9 gemäß 5 wird im Rahmen der Herstellung des Rotors in axialer Richtung durch geeignete, lediglich schematisch angedeutete Elemente 10 fixiert, wobei diese Elemente jeweils an einem Permanentmagneten und den dazu benachbarten Flussleitstücken partiell anliegen. Die Elemente 10 können beispielsweise geeignete Beabstandungselemente in einer entsprechenden Spritzgussform sein und stellen sicher, dass der Ring in einer durchgehenden flachen Ebene angeordnet ist.
-
Gemäß 5 ist ferner ein Zugverband 4 vorgesehen, der den Ring aus Permanentmagneten und Flussleitelementen umgibt. Der Ring kann dabei gegen die Innenseite des Zugverbands gepresst werden, wobei dies durch einen Konus erreicht werden kann, der senkrecht zur Blattebene innerhalb des Rings verfährt und damit von Innen gegen den Ring drückt. Schließlich werden der Ring und der Zugverband in einer Spritzgussform mit Kunststoff umspritzt, wobei beim Umspritzen die axiale Fixierung des Rings durch die Elemente 10 erreicht wird. Durch den Spritzvorgang wird die Rotorscheibe gebildet, in der dann die Permanentmagnete, die Flussleitstücke sowie der Zugverband eingebettet sind. Auf diese Weise wird ein Rotor mit einer einstückigen Rotorscheibe und darin integrierten Bauteilen geschaffen. Das Umspritzen erfolgt mit an sich bekannten Spritzverfahren, wie z. B. mittels eines CFM-Prozesses (CFM = Composite Flow Molding). Als Kunststoff kann dabei beliebiges spritzfähiges Kunststoffmaterial verwendet werden, welches zur Erhöhung der Stabilität des Rotors vorzugsweise faserverstärkt ist. Insbesondere kann das bereits oben erwähnte Material PA66 GF25 eingesetzt werden.
-
Der im Vorangegangenen beschriebene Rotor zur Verwendung in einer Transversalflussmaschine weist eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere kann der Rotor einfach und kostengünstig durch einen Spritzgussprozess gebildet werden, ohne dass aufwändig mehrere Teile einer Rotorscheibe bei der Herstellung zusammengefügt werden müssen. Aufgrund der geometrischen Anbindung einer Antriebswelle über in der Rotorscheibe vorgesehene längliche Öffnungen 5 bzw. Langlöcher 5' können hohe Leistungen auf kleinem Bauraum übertragen werden, da die Flächenpressung auf große Flächen verteilt wird. Durch die Verwendung der oben beschriebenen Flussleitelemente in einigen Varianten des erfindungsgemäßen Rotors wird zum einen die Festigkeit des Rotors erhöht und zum anderen eine gute Magnetflusseinleitung zum Stator gewährleistet. Darüber hinaus wird die Herstellung des Rotors vereinfacht, da benachbarte Permanentmagnete aufgrund der dazwischen liegenden Flussleitelemente aus ferromagnetischem Material einfacher nebeneinander angeordnet werden können.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102008027759 A1 [0003]
- DE 10217977 A1 [0003]
