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Die Erfindung betrifft eine Blechpaketanordnung für einen Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere einer permanentmagneterregten Synchronmaschine, eines Fahrzeugs. Die Blechpaketanordnung umfasst eine Vielzahl von aufeinander gestapelten bzw. gelegten Blechschichten, welche jeweils aus zumindest zwei kreisringsegmentförmigen Blechteilen gebildet sind. Die jeweils benachbarten Blechteile sind in Umfangsrichtung über jeweilige Stirnseiten mittels einer Verbindungsanordnung miteinander verbunden.
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Das Interesse richtet sich vorliegend insbesondere auf einen Blechpaketring eines Rotors einer permanentmagneterregten Synchronmaschine. Derartige Blechpaketringe sind bereits Stand der Technik. Und zwar gilt das Interesse insbesondere einem Blechpaketring, welcher auf eine ganz bestimmte Art und Weise aufgebaut ist, nämlich nach dem so genannten „Master-Segment-Verfahren”. Ein nach diesem Prinzip aufgebauter Blechpaketring – allerdings für eine elektrische erregte Maschine – ist bereits aus dem Dokument
EP 1 269 608 B1 als bekannt zu entnehmen. Der Blechpaketring bzw. die Blechpaketanordnung ist aus einer Vielzahl von durch Stanzpaketieren zusammengefassten Blechschichten aufgebaut. Jede Blechschicht besteht aus einer bestimmten Anzahl von Ringblechsegmenten (hier drei Segmente), die in Umfangsrichtung miteinander verbunden sind und somit einen in sich geschlossenen, umlaufenden Kreisring bilden. Die Blechteile zweier benachbarter Blechschichten sind hier relativ zueinander winkelversetzt, etwa um einen Winkel von 60°. Als nachteilig an diesem Stand der Technik ist der Umstand anzusehen, dass dieser Blechpaketring lediglich für den Betrieb mit relativ geringen Drehzahlen ausgelegt ist und bei höheren Drehzahlen den Zugkräften nicht standhält.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie bei einer Blechpaketanordnung der eingangs genannten Gattung die Drehzahlfestigkeit im Vergleich zum Stand der Technik verbessert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Blechpaketanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
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Erfindungsgemäß wird eine Blechpaketanordnung – etwa ein Blechpaketring – für einen Rotor einer elektrischen Maschine bereitgestellt, nämlich insbesondere einer permanentmagneterregten Synchronmaschine. Eine solche permanentmagneterregten Synchronmaschine ist insbesondere zum Fahrantrieb eines Kraftfahrzeuges geeignet. Die Blechpaketanordnung beinhaltet eine Vielzahl von – etwa durch Stanzpaketieren – aufeinander gestapelten Blechschichten, welche jeweils aus zumindest zwei kreisringsegmentförmigen Blechteilen gebildet sind. Die (jeweils) benachbarten Blechteile sind in Umfangsrichtung über jeweilige Stirnseiten mittels einer Verbindungsanordnung miteinander verbunden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Verbindungsanordnung mindestens zwei in radialer Richtung voneinander beabstandet angeordnete Verbindungen umfasst, mittels welcher die jeweiligen Stirnseiten formschlüssig miteinander verbunden sind.
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Ein Kerngedanke der Erfindung besteht somit mit anderen Worten darin, die jeweils benachbarten Blechteile derselben Blechschicht über eine in radialer Richtung mehrfach ausgeführte formschlüssige Verbindungsanordnung miteinander zu verbinden. Es hat sich herausgestellt, dass eine derartige formschlüssige Verbindungsanordnung – etwa mit zumindest zwei Schwalbenschwanzverbindungen – für eine besonders drehzahlfeste Blechpaketanordnung sorgt. Bei der erfindungsgemäßen Blechpaketanordnung wird aufgrund der mehrfach ausgeführten formschlüssigen Verbindungsanordnung eine im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte Übertragung von in Umfangsrichtung wirkenden Zugkräften (Ringzugkräften), wie auch von Zentripetalkräften, im Betrieb der elektrischen Maschine ermöglicht.
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Die Erfindung umfasst auch eine elektrische Maschine, insbesondere eine permanentmagneterregte Synchronmaschine, welche eine erfindungsgemäße Blechpaketanordnung umfasst. Zur Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen elektrischen Maschine.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand einzelner bevorzugter Ausführungsbeispiele, wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf eine Blechpaketanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 in schematischer Darstellung einen Ausschnitt eines einzelnen kreisringsegmentförmigen Blechteils der Blechpaketanordnung gemäß 1;
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3 in schematischer Darstellung eine formschlüssige Verbindungsanordnung zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Blechteilen der Blechpaketanordnung gemäß 1;
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4 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Blechpaketanordnung gemäß einer werteren Ausführungsform der Erfindung;
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5 in schematischer Darstellung einen Ausschnitt eines einzelnen Blechteils der Blechpaketanordnung gemäß 4; und
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6 in schematischer Darstellung eine Verbindungsanordnung zur formschlüssigen Verbindung von zwei in Umfangsrichtung benachbarten Blechteilen der Blechpaketanordnung gemäß 4.
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Eine in 1 dargestellte Blechpaketanordnung 1 ist ein Blechpaketring und stellt einen Bestandteil eines Rotors einer permanentmagneterregten Synchronmaschine eines Kraftfahrzeugs dar. Der Rotor kann um eine Drehachse 2 gedreht werden, welche in 1 senkrecht zur Zeichnungsebene verläuft. In axialer Richtung umfasst die Blechpaketanordnung 1 eine Vielzahl von durch Stanzpaketieren aufeinander gestapelten Blechschichten 3, von denen in 1 lediglich eine Blechschicht 3 abgebildet ist. Eine einzelne Blechschicht 3 umfasst im Ausführungsbeispiel vier kreisringsegmentförmige Blechteile 4, 5, 6, 7, die in Umfangsrichtung über jeweilige Stirnseiten jeweils mittels einer Verbindungsanordnung 8 miteinander verbunden sind. Alle Blechteile 4, 5, 6, 7 sind gleich aufgebaut. Ebenfalls die jeweiligen Verbindungsanordnungen 8 sind gleich aufgebaut. Wenngleich nachfolgend eine der Verbindungsanordnungen 8 beschrieben wird, gilt diese Beschreibung für alle Verbindungsanordnungen 8 zwischen den jeweils benachbarten Blechteilen 4, 5, 6, 7.
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Die Blechteile 4, 5, 6, 7 einer Blechschicht 3 sind gegenüber Blechteilen 4, 5, 6, 7 der jeweils benachbarten Blechschicht 3 winkelversetzt angeordnet.
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Die Blechteile 4, 5, 6, 7 weisen eine Vielzahl von im Umfangsrichtung beabstandet voneinander ausgebildeten Taschen 9 auf, welche jeweils zur Aufnahme eines Permanentmagneten ausgebildet sind. Die Permanentmagnete werden dabei in axialer Richtung in die jeweiligen Taschen 9 eingeschoben. Die Taschen 9 sind in Umfangsrichtung länglich ausgeführt und im radialen Randbereich der jeweiligen Blechteile 4, 5, 6, 7 ausgebildet. Jedes Blechteil 4, 5, 6, 7 beinhaltet im Ausführungsbeispiel fünf Taschen 9; jedoch kann die Anzahl der Taschen 9 je nach Ausführungsform unterschiedlich sein. In 1 ist der Übersicht halber lediglich eine Tasche 9 pro Blechteil 4, 5, 6, 7 gekennzeichnet.
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Der Winkel, um welchen die Blechteile 4, 5, 6, 7 einer Blechschicht 3 gegenüber den Blechteilen 4, 5, 6, 7 der jeweils benachbarten Blechschicht 3 winkelversetzt sind, kann ein ganzzahliges Vielfaches eines Winkels α zwischen zwei benachbarten Taschen 9 betragen. Der Winkelversatz zwischen zwei benachbarten Blechschichten 3 kann also n·α betragen.
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Wie bereits ausgeführt, können die einzelnen Blechschichten 3 durch Stanzpaketieren miteinander verbunden sein. Es werden hier Verbindungselemente 10 („Stanzpaketierungsprägung”) verwendet, mittels welcher die jeweils benachbarten Blechschichten 3 miteinander gekoppelt werden. Die Verbindungselemente 10 können beispielsweise in Form von axialen Erhebungen bzw. Noppen bereitgestellt sein, welche in korrespondierende axiale Aussparungen bzw. Ausbuchtungen der jeweils benachbarten Blechschicht 3 eingreifen und somit für eine stabile, betriebssichere und rutschfeste Befestigung von benachbarten Blechschichten 3 sorgen. Die Verbindungselemente 10 sind – ebenfalls wie die Taschen 9 – in Umfangsrichtung verteilt angeordnet. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist jeder Tasche 9 jeweils ein Verbindungselement 10 zugeordnet, welches bezüglich der jeweiligen Tasche 9 in Richtung zur Drehachse 2 versetzt angeordnet ist. Mit anderen Worten sind die Verbindungselemente 10 radial neben den jeweiligen Taschen 9 angeordnet, und zwar in Richtung zur Drehachse 2 hin. In Umfangsrichtung wiederum sind die Verbindungselemente 10 mittig zwischen zwei Enden der jeweiligen Taschen 9 angeordnet. In 1 ist der Übersicht halber lediglich ein Verbindungselement 10 pro Blechteil 4, 5, 6, 7 gekennzeichnet.
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Die axialen Taschen 9 sind in Umfangsrichtung so verteilt, dass die Verbindungsanordnungen 8 in Umfangsrichtung zwischen zwei benachbarten Taschen 9 angeordnet sind. Somit können die Taschen 9 robust bzw. ohne eine Unterbrechung aufgrund der Verbindungsanordnungen 8 ausgeführt werden.
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Die Anordnung der Verbindungselemente 10 in Umfangsrichtung mittig zwischen zwei Enden der jeweiligen Taschen 9 sorgt insbesondere für eine verbesserte Übertragung der Ringzugkräfte sowie von Zentripetalkräften im Betrieb der elektrischen Maschine in einem Bereich mit geringem magnetischen Fluss, so dass der magnetischen Fluss durch die Verbindungselemente 10 kaum beeinflusst ist.
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Die Verbindung der einzelnen Blechschichten 3 kann auch durch ein Befestigungsmittel unterstützt werden. Ein Befestigungsmittel kann insbesondere eine Nietverbindung, eine Verschraubung, ein Haltestift oder ein Passstift sein. Dazu können in den Blechteilen 4, 5, 6, 7 axiale Durchgangsöffnungen 11 ausgebildet sein, nämlich zur Aufnahme von Befestigungsmitteln wie zum Beispiel Nietelementen. Die Anzahl dieser Durchgangsöffnungen 11 kann beispielsweise der Anzahl der Taschen 9 und somit der Anzahl der Verbindungselemente 10 entsprechen. Die Durchgangsöffnungen 11 sind dabei im Ausführungsbeispiel gegenüber den Verbindungselementen 10 radial in Richtung zur Drehachse 2 versetzt angeordnet. In Umfangsrichtung sind die Durchgangsöffnungen 11 auf der Höhe der Verbindungselemente 10 und somit mittig zwischen zwei Enden der jeweiligen Taschen 9 angeordnet.
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Durch eine Anordnung der Durchgangsöffnungen 11 in Umfangsrichtung mittig zwischen zwei Enden der jeweiligen Taschen 9, ist der der magnetischen Fluss eines Rotors durch die Verbindungselemente 10 kaum beeinflusst.
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In 1 ist der Übersicht halber lediglich eine Durchgangsöffnung 11 pro Blechteil 4, 5, 6, 7 gekennzeichnet.
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Statt die Durchgangsöffnungen 11 für eine Befestigung der Blechschichten 3 gegeneinander durch zum Beispiel eine Nietverbindung zu verwenden, können diese Durchgangsöffnungen 11 auch als Kühlkanäle genutzt werden. Sie können also zur Kühlung des Motors dienen.
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Die jeweils benachbarten Verbindungselemente 10 bzw. die jeweils benachbarten Durchgangsöffnungen 11 sind um den oben genannten Winkel α relativ zueinander versetzt.
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Die Blechpaketanordnung 1 kann auch eine Vielzahl von sich in axialer Richtung – parallel zur Drehachse 2 – erstreckenden Ausnehmungen 12 aufweisen. Die Ausnehmungen 12 können durch radiale Aussparungen bzw. radiale Einbuchtungen in den Blechteilen 4, 5, 6, 7 gebildet sein. Die radialen Aussparungen befinden sich dabei an der radialen Innenseite der Blechteile 4, 5, 6, 7, welche der Drehachse 2 zugewandt ist. Die Ausnehmungen 12 sind also an der konvexen Innenseite der Blechpaketanordnung 1 ausgebildet. Auch die Anzahl der Ausnehmungen 12 kann der Anzahl der Taschen 9 entsprechen.
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Insbesondere können die Ausnehmungen 12 in Verbindung mit einem nicht dargestellten Rotorträger Kühlkanäle bilden, durch welche der Rotor der elektrischen Maschine besonders zuverlässig im Betrieb gekühlt werden kann.
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Die Ausnehmungen 12 können insbesondere aber auch zum Übertragen des Drehmoments auf einem Rotorträger fungieren, auf den die Blechpaketanordnung aufgebracht ist.
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In 1 ist der Übersicht halber lediglich eine Ausnehmung 12 pro Blechteil 4, 5, 6, 7 bezeichnet.
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In 2 ist ein Ausschnitt eines einzelnen Blechteils 4 mit einem Teil der Verbindungsanordnung 8 dargestellt (das Gegenstück ist in 3 gezeigt). Wie aus 2 hervorgeht, weist die Tasche 9 eine in Umfangsrichtung langgestreckte Form auf und erstreckt sich geradlinig senkrecht zu einem Radius des Rotors. Auch das Verbindungselement 10 ist länglich ausgeführt. Außerdem ist in 2 die Durchgangsöffnung 11 für ein Befestigungsmittel in Form einer Nietverbindung erkennbar, wie auch die Ausnehmung 12.
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Nun richtet sich das Interesse auf die Verbindungsanordnung 8, mittels welcher das Blechteil 4 in Umfangsrichtung mit dem benachbarten Blechteil 5 formschlüssig verbunden wird, nämlich über jeweilige Stirnseiten 13 bzw. 18 (3). Die Verbindungsanordnung 8 umfasst im Ausführungsbeispiel gemäß 2 insgesamt vier formschlüssige Verbindungen 14, welche Schwalbenschwanzverbindungen sind. In 2 ist lediglich der jeweilige, dem Blechteil 4 zugehörige Teil der Verbindungen 14 dargestellt, welcher mit einem korrespondierenden Teil des benachbarten Blechteils 5 formschlüssig gekoppelt werden kann.
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Die Verbindungsanordnung 8 umfasst hier insgesamt vier Fortsätze 15, die sich in Umfangsrichtung erstrecken und von einem Grundkörper 16 des jeweiligen Blechteils 4 abstehen. Die Fortsätze 15 sind in radialer Richtung äquidistant zueinander beabstandet angeordnet. Die Fortsätze 15 sind in Richtung zum Grundkörper 16 hin verjüngt ausgebildet und im Wesentlichen keilförmig ausgeführt. Die Fortsätze 15 können in korrespondierende Aussparungen aufgenommen werden, die an der Stirnseite 18 des benachbarten Blechteils 5 ausgebildet sind. Auch an der Stirnseite 13 des Blechteils 4 sind zwischen den Fortsätzen 15 Aussparungen 17 ausgebildet, in welche korrespondierende Fortsätze des benachbarten Blechteils 5 aufgenommen werden können. Es entsteht somit eine mehrfach ausgeführte formschlüssige Verbindungsanordnung 8 mit insgesamt vier Schwalbenschwanzverbindungen 14.
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In 3 ist das Gegenstück der Verbindungsanordnung 8 dargestellt, nämlich eine Stirnseite 18 des benachbarten Blechteils 5. Auch hier sind Fortsätze 15 bereitgestellt, welche in die korrespondierenden Aussparungen 17 aufgenommen werden können. Zwischen den Fortsätzen 15 sind Aussparungen 17 ausgebildet. Ein Verhältnis einer minimalen Breite (zum Beispiel 2 Längeneinheiten) des Fortsatzes 15 zu seiner maximalen Breite (zum Beispiel 3 Längeneinheiten) kann im Ausführungsbeispiel etwa 2/3 betragen. Dieses Verhältnis kann ganz allgemein in einem Wertebereich von 1/3 bis 5/6 liegen. Demgegenüber beträgt das Verhältnis der maximalen Breite (zum Beispiel 3 Längeneinheiten) des Fortsatzes 15 zu seiner Länge in Umfangsrichtung (zum Beispiel 1,5 Längeneinheiten) im Ausführungsbeispiel etwa 2; dieses Verhältnis kann ganz allgemein in einem Wertebereich von 1 bis 3 liegen. Gerade dann ist eine besonders stabile und rutschfeste Verbindung zwischen den benachbarten Blechteilen 4, 5 gewährleistet, und es können relativ hohe Ringzugkräfte in Umfangsrichtung übertragen werden.
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Eine weitere Ausführungsform der Blechpaketanordnung ist in den 4 bis 6 dargestellt und insgesamt mit 101 bezeichnet. Diese Blechpaketanordnung 101 entspricht im Wesentlichen der gemäß den 1 bis 3, sodass nachfolgend lediglich die Unterschiede dazwischen naher erläutert werden, wobei entsprechende Elemente mit um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen sind. Zwischen den Taschen 109 sind am radialen Außenumfang der Blechpaketanordnung 101 sich in axialer Richtung erstreckende Aussparungen 119 ausgebildet. Bezugnehmend auf 5 weist die Verbindungsanordnung 108 somit lediglich drei formschlüssige Verbindungen 114 auf, die Schwalbenschwanzverbindungen sind. Auch hier sind die Fortsätze 115 in radialer Richtung äquidistant zueinander beabstandet angeordnet.
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Zwar sind in den 4 bis 6 keine Durchgangsöffnungen 11 gezeigt, wie sie in den 1 und 2 abgebildet sind, diese Durchgangsöffnungen 11 könnten insbesondere jedoch auch gleichwohl bei der Blechpaketanordnung 1 gemäß den 4 bis 6 eingesetzt werden.
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Wie insbesondere aus 5 hervorgeht, sind die Verbindungselemente 110 (zum Stanzpaketieren) nunmehr in radialer Richtung länglich ausgeführt bzw. erstrecken sich in radialer Richtung. Eine derartige Anordnung der Verbindungselemente 110 sorgt für ein verbessertes Abfangen von in Umfangsrichtung wirkenden Kräften und unterstützt somit die formschlüssige Verbindung zwischen den benachbarten Blechteilen 104, 105. Des Weiteren ist eine Störung des magnetischen Flusses im Rotor bei einer Ausrichtung der Verbindungselemente 110 in radialer Richtung gering.
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In 6 ist das Gegenstück der Verbindungsanordnung 108 dargestellt, also die Stirnseite 118 des benachbarten Blechteils 105.
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Alle in den 1 bis 6 dargestellten formschlüssigen Verbindungen 14 bzw. 114 können in ihren Abmessungen sowie in ihrer Form gleich aufgebaut sein.
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Die Blechteile 4, 5, 6, 7 sind bevorzugt Stanzteile. Das Stanzen erfolgt insbesondere derart, dass alle Eckbereiche der Blechteile 4, 5, 6, 7 abgerundet sind. Das Stanzen kann somit relativ ohne viel Aufwand erfolgen, und die abgerundeten Ecken sorgen außerdem für eine aufwandsarme Verbindung der Schwalbenschwanzverbindungen. Die Ausnehmungen 12 bzw. 112 werden dabei vorzugsweise mitgestanzt.
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Weiterhin ist eine Verbesserung der übertragenen Ringzugkräfte auch durch Verwendung von so genannten Backlackblechen bzw. von mit Backlack beschichteten Blechteilen (Elektroblechen) möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 101
- Blechpaketanordnung
- 2
- Drehachse
- 3, 103
- Blechschicht
- 4, 104
- Blechteil
- 5, 105
- Blechteil
- 6
- Blechteil
- 7
- Blechteil
- 8, 108
- Verbindungsanordnung
- 9, 109
- Tasche
- 10, 110
- Verbindungselement
- 11
- Durchgangsöffnung
- 12, 112
- Ausnehmung
- 13
- Stirnseite
- 14, 114
- Schwalbenschwanzverbindung
- 15, 115
- Fortsatz
- 16, 116
- Grundkörper
- 17, 117
- Aussparung
- 18
- Stirnseite
- 119
- Aussparung
- α
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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