DE102010061784A1 - Spoke rotor for electric machine e.g. electromotor used in motor car, has inner ring that is extended concentrically around rotor shaft to form bearing for permanent magnet - Google Patents
Spoke rotor for electric machine e.g. electromotor used in motor car, has inner ring that is extended concentrically around rotor shaft to form bearing for permanent magnet Download PDFInfo
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Speichenrotor für eine elektrische Maschine, mit einer um eine Rotorachse drehbaren Rotorwelle, einem Grundkörper, der konzentrisch um die Rotorwelle angeordnet ist, und zumindest einem Dauermagneten, der in einer Aussparung des Grundkörpers speichenartig angeordnet ist. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Speichenrotor sowie ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Speichenrotors.The present invention relates to a spoke rotor for an electric machine, having a rotor shaft rotatable about a rotor axis, a base body which is arranged concentrically around the rotor shaft, and at least one permanent magnet, which is arranged like a spoke in a recess of the base body. The present invention further relates to an electric machine with a spoke rotor according to the invention and to a method for producing the spoke rotor according to the invention.
Elektrische Maschinen sind beispielsweise Elektromotoren, Starter, Generatoren oder Hilfsantriebe, beispielsweise Verstellantriebe für Kraftfahrzeuge.Electrical machines are, for example, electric motors, starters, generators or auxiliary drives, for example adjusting drives for motor vehicles.
Bei solchen elektrischen Maschinen ist es bekannt, den Rotor oder den Statur zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes mit zumindest einem Dauermagneten auszustatten. Dabei werden die Dauermagnete häufig, beispielsweise in dauermagneterregten Servomotoren, in Aussparungen eines zumeist eisenhaltigen Grundkörpers eingesetzt.In such electrical machines, it is known to provide the rotor or the stature for generating an electromagnetic field with at least one permanent magnet. The permanent magnets are often used, for example in permanent magnet servomotors, in recesses of a mostly iron-containing body.
Bekannt sind sogenannte Speichenrotoren, bei denen sich die Dauermagnete speichenartig im Rotor erstrecken. Ein solcher Speichenrotor ist beispielsweise aus der Druckschrift
An seiner der Rotorwelle
Grundsätzlich weisen solche Speichenrotoren
Der Grundkörper
Dadurch wird der Magnetmantel beziehungsweise bei gesintertem, sprödem Magnetmaterial, beispielsweise NdFeB-Magneten, die Magnetbeschichtung oder ihre Oberfläche gegebenenfalls erheblich beschädigt, was nicht nur zu Fehlern in der Koaxialität und einer differierenden Haltekraft führt, sondern zudem auch zu einer hohen Streuung. Außerdem trägt die Magnetbeschichtung erheblich zur Festigkeit von gesinterten Magneten bei, so dass solche Beschädigungen ein Sicherheitsrisiko darstellen, die für kritisch eingestufte Produkte wie beispielsweise Lenkhilfeantriebe für die Automobilindustrie aufgrund der Gefahr von Absplitterungen von den Magneten, Magnetbruch und Motorteilversagen oder Komplettversagen untragbar ist.As a result, the magnetic jacket or, in the case of sintered, brittle magnetic material, for example NdFeB magnets, the magnetic coating or its surface may be considerably damaged, which not only leads to errors in coaxiality and a differing holding force, but also to a high degree of scattering. In addition, the magnetic coating contributes significantly to the strength of sintered magnets, such that such damage poses a safety risk unsustainable for critical rated products such as automotive power steering systems due to the risk of magnet breakage, magnetic breakage and engine failure or total failure.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Speichenrotor für eine elektrische Maschine zu schaffen, in dem Dauermagnete, insbesondere gesinterte Magnete, beispielsweise NdFeB-Magnete, speichenartig angeordnet sind, die möglichst ohne Verletzung des Magnetmantels im Rotor gelagert sind, wobei der Rotor zum einen robust auf der Welle gelagert ist, und wobei sein den Eisenanteil enthaltender Grundkörper in Bezug auf seinen Magnetfluss optimiert ist, so dass die Streuverluste im Rotor verringert sind und der Rotor eine vergleichsweise höhere Leistungsdichte sowie einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist, und dennoch kostengünstig, insbesondere in einer Serienfertigung, herstellbar ist.The object of the invention is to provide a spoke rotor for an electric machine in which permanent magnets, in particular sintered magnets, for example NdFeB magnets, are arranged in the manner of a spike, which are mounted in the rotor as possible without damaging the magnetic jacket, wherein the rotor is robust on the one hand the shaft is supported, and wherein its iron-containing base body is optimized with respect to its magnetic flux, so that the leakage losses are reduced in the rotor and the rotor has a comparatively higher power density and improved efficiency, and nevertheless inexpensive, in particular in a mass production, can be produced.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Speichenrotor für eine elektrische Maschine,
- – mit einer um eine Rotorachse drehbaren Rotorwelle,
- – mit einem Grundkörper, der konzentrisch um die Rotorachse angeordnet ist, und
- – mit zumindest zwei Dauermagneten, der jeweils in einer Aussparung des Grundkörpers speichenartig angeordnet sind,
- With a rotor shaft which can be rotated about a rotor axis,
- - With a base body which is arranged concentrically around the rotor axis, and
- - With at least two permanent magnets, which are each arranged in a recess of the main body spoke-like,
Erfindungsgemäß bildet daher der Innenring der Verbindungshülse ein Lager, mit dem die Dauermagnete am Innenring gelagert sind. Die Verbindungshülse ersetzt daher die bei herkömmlichen Speichenrotoren an der der Rotorwelle zugewandten Seite der Dauermagnete angeordnete Haltenase, so dass die dort entstehenden Flussverluste entfallen.According to the invention, therefore, the inner ring of the connecting sleeve forms a bearing with which the permanent magnets are mounted on the inner ring. The connecting sleeve therefore replaces the holding lug arranged in the case of conventional spoke rotors on the side of the permanent magnets facing the rotor shaft, so that the flow losses arising therefrom are eliminated.
Speichenartig im Sinne der Erfindung ist ein Dauermagnet, der sich einerseits in von der Rotorachse ausgehend radialer Richtung und andererseits in axialer Richtung zur Rotorachse erstreckt, d. h. der Dauermagnet erstreckt sich entlang einer fiktiven Ebene, welche durch eine radial von der Rotorachse ausgehende Linie sowie eine sich parallel zur Rotorachse erstreckende Linie aufgespannt ist.Spoke-like in the context of the invention is a permanent magnet which extends on the one hand in the radial direction starting from the rotor axis and on the other hand in the axial direction to the rotor axis, d. H. the permanent magnet extends along a fictitious plane, which is spanned by a line extending radially from the rotor axis and a line extending parallel to the rotor axis.
Bevorzugt sind die Dauermagnete formschlüssig am Innenring gelagert. Besonders bevorzugt weisen sie eine der Rotorwelle zugewandte Fläche auf, die an der Verbindungshülse zumindest teilweise flächig, besonders bevorzugt vollflächig anliegt. Dadurch werden sie bei der Montage nicht entlang einer scharfkantigen Haltenase geführt und der Mantel der Dauermagnete beim Einbau daher nicht beschädigt. Außerdem sind die Dauermagnete durch diese Lagerung nicht ständig einer Punktbelastung während des Motorbetriebes ausgesetzt, so dass auch die Gefahr einer Beschädigung des Magnetmantels im Betrieb des Speichenrotors erheblich reduziert ist. Zusätzlich oder alternativ ist es bevorzugt, dass die Dauermagnete an die Verbindungshülse geklebt sind. Dadurch ist eine möglichst magnetflussideale Positionierung der Dauermagnete erreichbar.Preferably, the permanent magnets are positively mounted on the inner ring. Particularly preferably, they have a rotor shaft facing surface, which rests against the connection sleeve at least partially flat, particularly preferably over the entire surface. As a result, they are not guided along a sharp-edged retaining lug during assembly and therefore the jacket of the permanent magnets during installation is not damaged. In addition, the permanent magnets are not constantly exposed by this storage a point load during engine operation, so that the risk of damage to the magnetic shell in the operation of the spoke rotor is significantly reduced. Additionally or alternatively, it is preferred that the permanent magnets are glued to the connection sleeve. As a result, the best possible magnetic flux ideal positioning of the permanent magnets can be achieved.
Es ist bevorzugt, dass der Innenring in einem der Rotorwelle zugewandten Bereich der Rahmenfläche an dieser angeordnet ist. In dieser Ausführungsform ist die Verbindungshülse mit ihrer Rahmenfläche und ihrem Innenring in einem Schnitt etwa L-förmig geformt. Dabei ist der Innenring der Verbindungshülse bevorzugt zwischen der Rotorwelle und dem Grundkörper angeordnet. Der Grundkörper ruht daher ebenfalls auf der Verbindungshülse, wobei die erste Rahmenfläche in axialer Richtung einen Anschlag für den Grundkörper und/oder die Dauermagnete bildet.It is preferred that the inner ring is arranged in a region of the frame surface facing the rotor shaft. In this embodiment, the connection sleeve is formed with its frame surface and its inner ring in a section approximately L-shaped. In this case, the inner ring of the connecting sleeve is preferably arranged between the rotor shaft and the main body. The main body therefore also rests on the connecting sleeve, wherein the first frame surface in the axial direction forms a stop for the main body and / or the permanent magnets.
Weiterhin bevorzugt weist der Speichenrotor eine zweite Rahmenfläche auf, die parallel zur ersten Rahmenfläche angeordnet ist. Dabei bilden die Rahmenflächen bevorzugt jeweils Außenflächen des Speichenrotors. Der Grundkörper und die Dauermagnete sind bevorzugt zwischen den Rahmenflächen des Speichenrotors angeordnet und in axialer Richtung durch diese fixiert.Further preferably, the spoke rotor has a second frame surface, which is arranged parallel to the first frame surface. In this case, the frame surfaces preferably each form outer surfaces of the spoke rotor. The main body and the permanent magnets are preferably arranged between the frame surfaces of the spoke rotor and fixed in the axial direction by this.
Die zweite Rahmenfläche ist bevorzugt form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssig mit dem Innenring der Verbindungshülse verbunden. Besonders bevorzugt weist die zweite Rahmenfläche Verbindungsmittel, beispielsweise Verrastmittel, und der Innenring ein korrespondierendes Gegenverbindungsmittel, beispielsweise eine Nut, auf, die form- und/oder kraftschlüssig zusammenwirken, so dass die Rahmenfläche mit dem Innenring verbunden ist. Zusätzlich oder alternativ kann die zweite Rahmenfläche mit dem Innenring verklebt sein. Als Verbindungsmittel beziehungsweise Gegenverbindungsmittel sind Clips-, Rast-, Dreh- und/oder Kreiskeilverbindungsmittel bevorzugt. Alternativ ist auch ein Verbinden mittels Ultraschallschweißen, Kunststoffschweißen oder Kleben möglich.The second frame surface is preferably positively and / or positively and / or materially connected to the inner ring of the connecting sleeve. Particularly preferably, the second frame surface connecting means, for example Verrastmittel, and the inner ring, a corresponding counter-connecting means, for example a groove, which cooperate positively and / or non-positively, so that the frame surface is connected to the inner ring. Additionally or alternatively, the second frame surface may be glued to the inner ring. As connecting means or counter-connecting means are preferred clip, detent, rotary and / or circular wedge connecting means. Alternatively, a connection by means of ultrasonic welding, plastic welding or gluing is possible.
Weiterhin bevorzugt sind sowohl die Rotorwelle als auch der Grundkörper form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssig mit der Verbindungshülse verbunden, wobei die Verbindung der Verbindungshülse mit der Rotorwelle besonders bevorzugt kraftschlüssig erfolgt, beispielsweise mittels einer Presspassung. Zusätzlich oder alternativ sind der Grundkörper und/oder die Rotorwelle an die Verbindungshülse klebbar.Further preferably, both the rotor shaft and the main body are positively and / or positively and / or materially connected to the connecting sleeve, wherein the connection of the connecting sleeve with the rotor shaft is particularly preferably non-positively, for example by means of a press fit. Additionally or alternatively, the base body and / or the rotor shaft can be adhesively bonded to the connection sleeve.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Verbindungshülse außerdem einen Außenring auf, der konzentrisch um die Rotorwelle angeordnet ist. Der Außenring bildet bevorzugt ebenfalls eine Außenfläche des Speichenrotors. Er umgibt den Speichenrotor weiterhin bevorzugt hüllenartig. Im Schnitt ist die Verbindungshülse dieser Ausführungsform etwa C-förmig ausgebildet und liegt am Grundkörper zumindest teilweise an. Die Verbindungshülse dieser Ausführungsform ist bevorzugt so vorgesehen, dass der Grundkörper und die Dauermagnete mittels der Verbindungshülse gegen ein Verrutschen sowohl in radialer als auch in einer axialen Richtung gesichert sind.In a preferred embodiment, the connection sleeve also has an outer ring, which is arranged concentrically around the rotor shaft. The outer ring preferably also forms an outer surface of the spoke rotor. He still surrounds the spoke rotor preferably sheath-like. On average, the connecting sleeve of this embodiment is approximately C-shaped and is located on the body at least partially. The connecting sleeve of this embodiment is preferably provided so that the main body and the permanent magnets are secured by means of the connecting sleeve against slipping in both the radial and in an axial direction.
Die Verbindungshülse ist bevorzugt einstückig gebildet. Ebenfalls bevorzugt ist eine Ausführungsform, in der der Außenring, gegebenenfalls zudem auch der Innenring, als separate Bauteile gefertigt sind. The connecting sleeve is preferably formed in one piece. Also preferred is an embodiment in which the outer ring, if appropriate also also the inner ring, are manufactured as separate components.
Außerdem ist die Verbindungshülse bevorzugt aus einem magnetisch nicht leitfähigen Werkstoff oder aus einem Werkstoff mit niedriger Permeabilität gefertigt. Besonders bevorzugt ist sie aus einem diamagnetischen und/oder einem paramagnetischen Werkstoff mit einer Permeabilitätszahl μr, die nur geringfügig größer als 1 ist, ausgebildet. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist sie aus einem Kunststoff gefertigt. Ebenfalls bevorzugt ist eine Fertigung aus Aluminium möglich. Eine Fertigung der Verbindungshülse aus Kunststoff hat den Vorteil, dass die Verbindungshülse wie ein Isolator wirkt.In addition, the connection sleeve is preferably made of a magnetically non-conductive material or of a material with low permeability. It is particularly preferably formed from a diamagnetic and / or a paramagnetic material having a permeability coefficient μ r which is only slightly greater than 1. In a very particularly preferred embodiment, it is made of a plastic. Also preferred is a production of aluminum possible. A production of the connecting sleeve made of plastic has the advantage that the connecting sleeve acts as an insulator.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Verbindungshülse an ihrer der Rotorwelle zugewandten Seite erste Formschlussmittel zur Positionierung an der Rotorwelle, und/oder an ihrer dem Grundkörper zugewandten Seite zweite Formschlussmittel zur Positionierung am Grundkörper, auf. Dabei weist die Rotorwelle bevorzugt erste Formschlussgegenmittel, und/oder der Grundkörper ebenfalls bevorzugt zweite Formschlussgegenmittel, auf. Als erste und zweite Formschlussmittel sowie als erste und zweite Formschlussgegenmittel sind Anformungen und dazu korrespondierende Aussparungen, beispielsweise ein Noppen und eine korrespondierende Bohrung oder ein Steg und eine korrespondierende Nut, bevorzugt. Die Formschlussmittel dienen bevorzugt nicht nur der Positionierung des Grundkörpers und/oder der Rotorwelle an der Verbindungshülse, sondern auch ihrer Fixierung.In a preferred embodiment, the connecting sleeve has on its side facing the rotor shaft first positive locking means for positioning on the rotor shaft, and / or on its side facing the main body second positive locking means for positioning on the base body on. In this case, the rotor shaft preferably has first positive locking counter means, and / or the main body likewise preferably second positive locking counter means. As the first and second positive locking means and as the first and second positive locking counterholds are projections and corresponding recesses, such as a knob and a corresponding bore or a web and a corresponding groove, preferred. The positive locking means are preferably not only the positioning of the base body and / or the rotor shaft on the connecting sleeve, but also their fixation.
Es ist bevorzugt, den Grundkörper aus Elektroblech mit und/oder ohne Stanzpaketierung herzustellen. Besonders bevorzugt ist er aus einer Vielzahl von Lamellen als Lamellenpaket gefertigt, beispielsweise aus gestanzten Blechlamellen.It is preferred to produce the base body from electrical sheet with and / or without punched packetization. It is particularly preferred that it is made of a multiplicity of lamellae as a lamella packet, for example of stamped laminations.
Ein solcher als Lamellenpaket gefertigter Grundkörper ist in einer bevorzugten Ausführungsform durch Stanzpaketieren zu einem Blechpaket zusammenfassbar, wobei die Lamellen beispielsweise mittels Stanznoppen oder anderer Formen miteinander verbunden werden. Ein solches Blechpaket tat den Vorteil, dass es nicht zwingend mit einem spanabtragenden Verfahren nachbearbeitet werden muss und dass bei Verwendung von isoliertem Elektroblech außerdem die Wirbelstrombildung reduziert ist.Such a base plate manufactured as a basic body is summarized in a preferred embodiment by punching packetization to a laminated core, the blades are connected to each other, for example by means of punching nubs or other forms. Such a laminated core has the advantage that it does not necessarily have to be reworked with a chip-removing process and that when using insulated electrical steel also eddy current formation is reduced.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Herstellung des Grundkörpers aus einer Vielzahl von Lamellen auch ohne Stanzpaketierung möglich. Denn der Grundkörper ist radial durch den Innenring der Verbindungshülse sowie gegebenenfalls den Außenring gesichert. In axialer Richtung des Speichenrotors ist der Grundkörper durch die erste Rahmenfläche der Verbindungshülse gesichert sowie gegebenenfalls durch die zweite Rahmenfläche.In a further preferred embodiment, the production of the main body of a plurality of lamellae is also possible without punched packetization. For the main body is secured radially through the inner ring of the connecting sleeve and optionally the outer ring. In the axial direction of the spoke rotor, the main body is secured by the first frame surface of the connecting sleeve and optionally by the second frame surface.
Grundsätzlich ist aber auch eine Ausführungsform bevorzugt, bei der der Grundkörper aus einem Vollmaterial oder zumindest teilweise aus einem Vollmaterial hergestellt ist.In principle, however, an embodiment is preferred in which the base body is made of a solid material or at least partially of a solid material.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform sind die Lamellen des Grundkörpers kreisringförmig ausgebildet, wobei sie Aussparungen aufweisen zur Aufnahme der Dauermagnete. In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist der Grundkörper aus zumindest zwei kreisringausschnittsförmigen Sektoren gebildet, zwischen denen die Aussparungen zur Aufnahme der Dauermagnete angeordnet sind. In dieser Ausführungsform ist jeder Sektor des Grundkörpers an einem zweiten Formschlussmittel anordbar, so dass die Sektoren in Umfangrichtung des Speichenrotors einen definierten Abstand zueinander aufweisen, wobei zwischen den Sektoren die Aussparungen ausgebildet sind. Die Ausführungsform erfordert daher im Vergleich zu der kreisringförmigen Ausbildung des Grundkörpers keinen Fertigungsschritt, in dem die Aussparungen ausgestanzt werden. Außerdem sind die Sektoren aus verhältnismäßig kleinen Stanzblechen herstellbar, so dass kaum Verschnitt bei der Herstellung der Sektoren auftritt.In a first preferred embodiment, the lamellae of the base body are annular, wherein they have recesses for receiving the permanent magnets. In a second preferred embodiment, the base body is formed from at least two circular-sector-shaped sectors, between which the recesses for receiving the permanent magnets are arranged. In this embodiment, each sector of the base body can be arranged on a second positive locking means, so that the sectors in the circumferential direction of the spoke rotor have a defined distance from each other, wherein between the sectors, the recesses are formed. Therefore, the embodiment does not require a manufacturing step in which the recesses are punched out in comparison to the annular formation of the base body. In addition, the sectors of relatively small punching plates can be produced, so that hardly any waste occurs in the production of the sectors.
Der Grundkörper ist bevorzugt aus einem paramagnetischen Werkstoff mit einer Permeabilitätszahl μr, die erheblich größer ist als 1 und daher den magnetischen Fluss gut leitet, gefertigt, beispielsweise aus einem eisenhaltigen und insbesondere aus einem weichmagnetischen Werkstoff. Bevorzugt wird hierfür Elektroblech, dass auch als Trafo-Blech bezeichnet wird, verwendet.The main body is preferably made of a paramagnetic material having a permeability μ r , which is considerably greater than 1 and therefore the magnetic flux well, manufactured, for example, from a ferrous and in particular from a soft magnetic material. For this purpose, preference is given to using electrical sheet metal, which is also referred to as transformer sheet metal.
Mit der Verbindungshülse wird der Grundkörper an der Rotorwelle angeordnet und positioniert. Die Verbindungshülse ist, insbesondere in einstückiger Ausbildung, kostengünstig und mit herkömmlichen Verfahren herstellbar, beispielsweise durch Fließpressen, Strangpressen, Sintern oder Gießen. Da sie eine sehr geringe Permeabilitätszahl aufweist, wird ein Magnetfeld in der Verbindungshülse nur mäßig geleitet oder es wird sogar verdrängt. Dabei ist es bevorzugt, die Verbindungshülse aus einem Werkstoff mit möglichst geringer Permeabilitätszahl herzustellen, um den magnetischen Streufluss, der keinen Beitrag zum abgegebenen Motordrehmoment bzw. der abgegebenen Motorleistung leistet, so weit wie möglich zu reduzieren. Dadurch ist der Streufluss sowohl an der der Rotorwelle zugewandten Seite der Dauermagnete als auch an der der Rotorwelle abgewandten Seite der Dauermagnete im Vergleich zu einem herkömmlichen Speichenrotor reduziert. Aufgrund des verringerten magnetischen Streuflusses im erfindungsgemäßen Speichenrotor ist sein Wirkungsgrad verbessert und eine elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen Speichenrotor kürzer baubar, und daher kleiner und kostengünstiger herstellbar. Außerdem wird ein Magnetmantel eines im erfindungsgemäßen Speichenrotor angeordneten Dauermagneten aufgrund der flächigen Lagerung an der Verbindungshülse weder bei der Montage noch im Betrieb des Speichenrotors beschädigt.With the connecting sleeve, the base body is arranged and positioned on the rotor shaft. The connecting sleeve is, in particular in one-piece design, inexpensive and can be produced by conventional methods, for example by extrusion, extrusion, sintering or casting. Since it has a very low permeability, a magnetic field in the connecting sleeve is only moderately passed or even displaced. It is preferred to manufacture the connecting sleeve of a material with the lowest possible permeability, in order to reduce the magnetic leakage flux, which makes no contribution to the output engine torque or the output engine power, as far as possible. As a result, the stray flux is compared both at the side of the permanent magnets facing the rotor shaft and at the side of the permanent magnets facing away from the rotor shaft reduced a conventional spoke rotor. Due to the reduced magnetic leakage flux in the spoke rotor according to the invention its efficiency is improved and an electric machine with the spoke rotor according to the invention shorter buildable, and therefore smaller and less expensive to produce. In addition, a magnetic sheath of a permanent magnet arranged in the spoke rotor according to the invention is damaged due to the flat bearing on the connecting sleeve neither during assembly nor during operation of the spoke rotor.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem insbesondere erfindungsgemäßen Speichenrotor
- – mit einer um eine Rotorachse drehbaren Rotorwelle,
- – mit einem Grundkörper, der konzentrisch um die Rotorwelle angeordnet ist, und
- – mit zumindest zwei Dauermagneten, die in einer Aussparung des Grundkörpers speichenartig angeordnet sind,
- With a rotor shaft which can be rotated about a rotor axis,
- - With a base body which is arranged concentrically around the rotor shaft, and
- With at least two permanent magnets which are arranged like a spokes in a recess of the main body,
Bevorzugt umfassen die Rotorhälften jeweils eine Verbindungshülse mit Innenring und erster Rastfläche sowie einen Grundkörper. Besonders bevorzugt ist die Verbindungshülse dabei C-förmig ausgebildet, so dass der Grundkörper sowohl in axialer als auch in radialer Richtung durch die Verbindungshülse fixiert ist. Ganz besonders bevorzugt weisen die Rotorhälften denselben Aufbau auf, so dass der Grundkörper sowie die Verbindungshülse der Rotorhälften gleich sind.Preferably, the rotor halves each comprise a connecting sleeve with inner ring and first latching surface and a base body. Particularly preferably, the connecting sleeve is C-shaped, so that the base body is fixed in both the axial and in the radial direction by the connecting sleeve. Most preferably, the rotor halves have the same structure, so that the main body and the connecting sleeve of the rotor halves are the same.
Es ist bevorzugt, dass die Rotorhälften so angeordnet sind, dass jeweils eine Aussparung der Grundkörper der Rotorhälften eine Aussparung des Speichenrotors bilden, in der ein Dauermagnet angeordnet ist. Der Dauermagnet erstreckt sich dabei bevorzugt von der einen Rotorhälfte in die andere Rotorhälfte. In dieser Ausführungsform sind die Verbindungshülsen sogar symmetrisch zu einer sich quer zur Rotorwelle erstreckenden Spiegelfläche, die durch den Spiegelpunkt verläuft, angeordnet. Grundsätzlich ist es aber auch bevorzugt, jede Rotorhälfte mit eigenen Dauermagneten zu versehen, so dass die Rotorhälften auch tangential zueinander versetzbar sind.It is preferred that the rotor halves are arranged so that in each case a recess of the main body of the rotor halves form a recess of the spoke rotor, in which a permanent magnet is arranged. The permanent magnet preferably extends from one rotor half into the other rotor half. In this embodiment, the connecting sleeves are even arranged symmetrically to a transverse to the rotor shaft extending mirror surface which passes through the mirror point. In principle, however, it is also preferable to provide each rotor half with its own permanent magnets so that the rotor halves can also be set tangentially to one another.
Außerdem ist eine Ausführungsform bevorzugt, in der sich auch der Grundkörper in beide Rotorhälften erstreckt, so dass die Bauteilezahl sowie der Montageaufwand minimiert sind. In dieser Ausführungsform umfassen die Rotorhälften jeweils zumindest eine separat gefertigte Verbindungshülse.In addition, an embodiment is preferred in which the base body extends in both rotor halves, so that the number of components and the assembly costs are minimized. In this embodiment, the rotor halves each comprise at least one separately manufactured connection sleeve.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass der Grundkörper aus zumindest zwei kreisringausschnittsförmigen Sektoren gebildet ist, zwischen denen die Aussparungen zur Aufnahme der Dauermagnete angeordnet sind, wobei die Sektoren des Grundkörpers nicht miteinander verbunden sind. Dadurch sind die Streuverluste sowohl an der der Rotorwelle zugewandten Seite des Grundkörpers, als auch an seiner der Rotorwelle abgewandten Seite minimiert.It is further preferred that the base body is formed from at least two circular-sector-shaped sectors, between which the recesses for receiving the permanent magnets are arranged, wherein the sectors of the base body are not interconnected. As a result, the scattering losses are minimized both at the side of the main body facing the rotor shaft and at its side facing away from the rotor shaft.
Da ein solcher Speichenrotor aus zwei Rotorhälften mit demselben Aufbau fertigbar ist, ist er einfach montierbar und sehr kostengünstig herstellbar. Der Grundkörper beziehungsweise die Sektoren des Grundkörpers sind in die Verbindungshülse einsetzbar. Dabei ist der Grundkörper bevorzugt aus Elektroblech hergestellt und mit und/oder ohne Stanzpaketierung gefertigt. Aufgrund der Verbindungshülse sind die Streuverluste an der der Rotorwelle zugewandten Seite sowie an der der Rotorwelle abgewandten Seite der Dauermagnete reduziert. Außerdem bildet auch hier der Innenring der Verbindungshülse bevorzugt eine flächige Lagerung für die Dauermagnete, so dass die Gefahr der Beschädigung des Magnetmantels gering ist.Since such a spoke rotor is manufacturable from two rotor halves with the same structure, it is easy to assemble and very inexpensive to produce. The main body or the sectors of the basic body can be inserted into the connecting sleeve. In this case, the base body is preferably made of electrical sheet metal and manufactured with and / or without punching package. Due to the connection sleeve, the leakage losses are reduced at the side facing the rotor shaft and at the side of the permanent magnets facing away from the rotor shaft. In addition, here also, the inner ring of the connecting sleeve preferably forms a planar bearing for the permanent magnets, so that the risk of damage to the magnetic shell is low.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Speichenrotor außerdem einen Adapter zur Fixierung der Verbindungshülse an der Rotorwelle. Dabei ist es sowohl bevorzugt, jede Rotorhälfte mit einem eigenen Adapter zu versehen, als auch nur einen einzigen Adapter für den gesamten Speichenrotor zu verwenden. Der Adapter gewährleistet die robuste Fixierung der Rotorhälften an der Rotorwelle. Er ist bevorzugt als Sinter-, Schmiede- oder Fließpressteil ausgebildet.In a preferred embodiment, the spoke rotor also comprises an adapter for fixing the connection sleeve to the rotor shaft. It is both preferable to provide each rotor half with its own adapter, as well as to use only a single adapter for the entire spoke rotor. The adapter ensures the robust fixation of the rotor halves on the rotor shaft. It is preferably designed as a sintered, forged or extruded part.
Es ist außerdem bevorzugt, dass der Speichenrotor zumindest eine Rotorscheibe aufweist, die zumindest einen Innenring, gegebenenfalls einen Außenring, und den Grundkörper mit den Aussparungen umfasst. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Rotorscheibe zwischen den Rotorhälften angeordnet, wobei die Dauermagnete sich durch die Aussparungen der Rotorscheibe hindurch erstrecken, oder wobei die Rotorscheibe mit eigenen Dauermagneten versehen ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Rotorscheibe die zweite Rahmenfläche auf. Dadurch ist ein Speichenrotor durch Anordnen von einer oder mehreren Rotorscheiben modular erweiterbar.It is also preferred that the spoke rotor has at least one rotor disk which comprises at least one inner ring, optionally an outer ring, and the main body with the recesses. In a preferred embodiment, the rotor disk is disposed between the rotor halves, wherein the permanent magnets extend through the recesses of the rotor disk, or wherein the rotor disk is provided with its own permanent magnets. In a further preferred embodiment, the rotor disk has the second frame surface. As a result, a spoke rotor can be modularly expanded by arranging one or more rotor disks.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die zweite Rahmenfläche einen Innenring und/oder einen Außenring aufweist, die einen prinzipiell beliebigen Bruchteil der gesamten Baulänge des Speichenrotors in axialer Richtung aufweist, wobei der Innenring und/oder der Außenring der Verbindungshülse dann entsprechend länger oder kürzer vorgesehen ist.Furthermore, it is preferred that the second frame surface has an inner ring and / or an outer ring, which has a basically arbitrary fraction of the entire length of the spoke rotor in the axial direction, wherein the inner ring and / or the outer ring of the connecting sleeve is then provided correspondingly longer or shorter.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einer elektrischen Maschine mit dem erfindungsgemäßen Speichenrotor. Die Leistungsdichte der elektrischen Maschine, beziehungsweise bei einem Motor das von ihm abgebbare Drehmoment, ist sehr groß, so dass sie einen sehr guten Wirkungsgrad aufweist und vergleichsweise klein und kostengünstig baubar ist.The object is further achieved with an electric machine with the spoke rotor according to the invention. The power density of the electric machine, or in an engine the torque which can be delivered by it, is very large, so that it has a very good efficiency and is comparatively small and inexpensive to build.
Bevorzugt weist die elektrische Maschine einen Stator auf, wobei der Abstand zwischen dem Adapter und den Sektoren des Grundkörpers größer ist, als der Abstand zwischen dem Speichenrotor und dem Stator. Dadurch wird ein Fehlleiten des magnetischen Flusses von vornherein vermieden, so dass an der der Rotorwelle zugewandten Seite des Dauermagneten kein Streufluss auftritt.Preferably, the electric machine has a stator, wherein the distance between the adapter and the sectors of the main body is greater than the distance between the spoke rotor and the stator. As a result, a misdirection of the magnetic flux is avoided from the outset, so that no leakage flux occurs at the side of the permanent magnet facing the rotor shaft.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Speichenrotors, welches gekennzeichnet ist durch die Schritte
- – Aufschieben der Sektoren des Grundkörpers auf den Innenring der Verbindungshülse, bis der Grundkörper zumindest teilweise an der ersten Rahmenfläche anliegt, und
- – Entweder Fügen einer zweiten Rahmenfläche an den Innenring der Verbindungshülse oder Fügen einer zweiten Rotorhälfte an die Verbindungshülse, wobei die Dauermagnete entweder vor dem Fügen des Grundkörpers auf den Innenring der Verbindungshülse an einen Sektor des Grundkörpers gefügt werden, oder danach.
- - Sliding the sectors of the body on the inner ring of the connecting sleeve until the body at least partially rests against the first frame surface, and
- - Either joining a second frame surface to the inner ring of the connecting sleeve or joining a second rotor half to the connecting sleeve, wherein the permanent magnets are added either before joining the body on the inner ring of the connecting sleeve to a sector of the body, or thereafter.
Dabei ist es bevorzugt, dass die Verbindungshülse gestanzt, gefräst, gesintert und/oder gegossen wird.It is preferred that the connection sleeve is punched, milled, sintered and / or cast.
Bei Ausbildung des Speichenrotors aus zwei Rotorhälften desselben Aufbaus ist es weiterhin bevorzugt, dass die Verbindungshülsen beider Rotorhälften durch Schweißen, insbesondere Ultraschallschweißen oder Reibrührschweißen, durch Kleben, Pressen oder einen anderen Form- und/oder Stoffschluss miteinander verbunden werden.When forming the spoke rotor from two rotor halves of the same construction, it is further preferred that the connecting sleeves of both rotor halves are joined together by welding, in particular ultrasonic welding or friction stir welding, by gluing, pressing or another form and / or material bond.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren beschrieben. Die Figuren sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.In the following the invention will be described with reference to figures. The figures are merely exemplary and do not limit the general idea of the invention.
Die Verbindungshülse
Ein Grundkörper
Die Sektoren
Die Sektoren
In einer hier nicht gezeigten Ausführungsform ist ein Außenring (s.
Am Innenring
Um eine flussoptimierte Positionierung der Dauermagnete
Entweder die Verbindungshülse
Jede Rotorhälfte
Die Verbindungshülse
Die erste Rahmenfläche
Der Speichenrotor
Dadurch sind die Rotorhälften
Bei einer bevorzugten Montage wird zunächst der Adapter
Die Sektoren
Es ist bevorzugt, die Lamellen durch Stanzpaketieren und/oder Kleben zu einem Lamellenpaket zu verbinden.It is preferred to connect the lamellae by stamping and / or gluing to form a lamella packet.
Bei dem erfindungsgemäßen Speichenrotor
Durch die Lagerung der Dauermagnete
Weiterhin ist kein die Sektoren
Mittels des Adapters
Der vorliegend beschriebene erfindungsgemäße Speichenrotor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2009/046549 A2 [0004] WO 2009/046549 A2 [0004]
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