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Die Erfindung bezieht sich auf ein Lamellenpaket für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In der
DE 10 2006 056 882 A1 wird ein Lamellenpaket für einen Rotor eines Elektromotors beschrieben, das eine Vielzahl von aufeinander gestapelten Einzellamellen aufweist, die über den Umfang verteilt mit mehreren Aufnahmetaschen zur Aufnahme von Magneten versehen sind. Die Aufnahmetaschen sind in Form von Ausnehmungen in die Einzellamellen eingebracht und umschließen die darin aufgenommenen Magnete ringsum. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass quaderförmige Magnete verwendet werden können. Außerdem werden durch das lamellenförmige Blechpaket Wirbelstromverluste zwischen den Magneten und dem umgreifenden Stator reduziert.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen den Wirkungsgrad einer elektrischen Maschine zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das erfindungsgemäße Lamellenpaket, welches zur Wirkungsgradverbesserung in elektrischen Maschinen beiträgt, ist vorzugsweise Bestandteil eines Rotors, wobei grundsätzlich auch eine Anwendung des Lamellenpakets für einen Stator in Betracht kommt. Im Falle eines Lamellenpakets auf dem Rotor handelt es sich um einen permanenterregten Elektromotor mit Permanentmagneten im Rotorpaket. Im Falle des Lamellenpakets am Stator handelt es sich ebenfalls um einen permanenterregten Elektromotor, jedoch mit statorseitigen Permanentmagneten.
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Das Lamellenpaket weist eine Mehrzahl von aufeinander gestapelter Einzellamellen auf, die jeweils über den Umfang verteilt mehrere Aufnahmetaschen zur Aufnahme von Magneten aufweisen. Die Aufnahmetaschen sind in Radialrichtung einseitig offen ausgebildet, was die Möglichkeit eröffnet, die Magnete in Radialrichtung von außen in die Aufnahmetaschen am Lamellenpaket einzusetzen. Grundsätzlich möglich ist aber auch ein axiales Einschieben der Magnete in die Aufnahmetaschen.
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Auf der der Aufnahmetasche abgewandten Seite sind die Magnete Träger von Lamellensegmenten, die den Einzellamellen des Lamellenpakets zugeordnet sind, jedoch separat von den Einzellamellen ausgebildet sind. Die Lamellensegmente sind auf den Magneten befestigt, sie weisen keine unmittelbare Verbindung zu den Einzellamellen auf, in denen die Magnete aufgenommen sind.
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Mit dieser Ausführung werden verschiedene Vorteile erzielt. Zum einen tragen die Lamellensegmente, die auf der den Einzellamellen abgewandten Seite auf den Magneten angeordnet sind, zur Reduzierung von Wirbelstromverlusten bei. Zum andern ist sichergestellt, dass die umfangsseitigen Magnetflächen nicht durch einen Steg, einen Wandabschnitt oder dergleichen der Einzellamellen bzw. der Lamellensegmente überdeckt sind, so dass der Magnetfluss ungestört fließen kann. Der Fluss im Luftspalt der elektrischen Maschine wird entsprechend vergrößert bzw. die Leistungs- bzw. Drehmomentdichte erhöht. Zum Erreichen eines Soll-Drehmoments genügt aufgrund der Wirkungsgradverbesserung ein geringerer Strom. Dadurch kann auch Magnetwerkstoff eingespart bzw. die Baugröße reduziert werden. Zugleich ist die Montage der Magnete in das Lamellenpaket vereinfacht.
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Zweckmäßigerweise sind die Dimensionen der Aufnahmetaschen und der darin aufgenommenen Magnete so aufeinander abgestimmt, dass die Dicke der umfangsseitigen Begrenzungswände der Aufnahmetaschen geringer ist als die Dicke der darin aufgenommen Magnete. Dadurch ist sichergestellt, dass in Radialrichtung die Magnete zumindest teilweise über die Begrenzungswände der Aufnahmetaschen hinausragen, so dass der Magnetfluss ungestört fließen kann.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weisen die Lamellensegmente Haltenasen auf, welche im montierten Zustand die umfangsseitigen Magnetflächen der Magnete übergreifen. Dadurch ist in Umfangsrichtung eine formschlüssige Verbindung zwischen den Lamellensegmenten und den zugeordneten Magneten gegeben. Gegebenenfalls sind die Haltenasen als Rastnasen ausgeführt und stehen im montierten Zustand in Rastverbindung mit Rastelementen an den Magneten. Dies erfolgt beispielsweise dadurch, dass die umfangsseitigen Magnetflächen konkav ausgebildet sind, wobei die Eckbereiche der Magnete die Rastelemente bilden, welche mit den Haltenasen an den Lamellensegmenten in Rastverbindung stehen.
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Zusätzlich oder alternativ kann es auch vorteilhaft sein, die Lamellensegmente auf die Magnete aufzukleben. Die Magnete können ihrerseits in die Aufnahmetaschen ebenfalls eingeklebt werden oder aber, gemäß weiterer Ausbildung, in sonstiger Weise in den Aufnahmetaschen befestigt sein, beispielsweise durch Formschluss. Der Formschluss wird zum Beispiel über konkav ausgebildete, umfangsseitige Magnetflächen erreicht, wobei die Aufnahmetaschen mit einer Hinterschneidung versehen sind, welche die konkave Magnetfläche hintergreift.
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Zur Montage des Lamellenpakets werden entweder zunächst die Lamellensegmente auf die jeweiligen Magnete aufgebracht, insbesondere aufgeklebt, und anschließend die Magnete einschließlich der Lamellensegmente in die Aufnahmetaschen radial oder tangential eingesetzt und mit den Aufnahmetaschen verbunden. Möglich ist es aber auch, zuerst die Magnete in die Aufnahmetaschen einzubringen und erst anschließend die Lamellensegmente auf die Magnete aufzubringen und mit diesen zu verbinden.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 in Draufsicht einen permanenterregten Elektromotor mit rotorseitigen Magneten, die in Aufnahmetaschen an den Einzellamellen aufgenommen sind,
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2 der Rotor des Elektromotors in perspektivischer Ansicht,
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3 in vergrößerter Darstellung das Detail III aus 1,
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4 in Draufsicht ein Rotor in einer Ausführungsvariante,
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5 das Detail V aus 4 in vergrößerter Darstellung,
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6 der Rotor aus 4 in perspektivischer Darstellung,
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7 das Detail VII aus 6 in vergrößerter Darstellung,
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8 in vergrößerter Darstellung der Rotor im Bereich einer Aufnahmetasche mit einem Magneten.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine elektrische Maschine bzw. einen Elektromotor 1, die bzw. der als Innenläufermotor ausgebildet ist, wobei in 1 andeutungsweise ein Stator 2 dargestellt ist, in welchem ein Rotor 3 aufgenommen ist, der im Stator 2 rotierend gelagert ist. Im Rotor 3, der auch in 2 dargestellt ist, befinden sich Permanentmagnete 4, die über den Umfang des Rotors 3 verteilt angeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel sind insgesamt acht Magnete 4 über den Umfang des Rotors 3 angeordnet.
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Die Magnete 4 sind jeweils quaderförmig ausgebildet und in Aufnahmetaschen 5 aufgenommen, die jeweils als Vertiefung am Umfang von Einzellamellen 6 des Rotors 3 ausgebildet sind. Eine Vielzahl von Einzellamellen 6 sind aufeinander gestapelt und bilden ein Lamellenpaket, wobei die Einzellamellen 6 eine zentrale Ausnehmung 7 aufweisen, mit der das Lamellenpaket auf die Rotorwelle des Rotors aufgeschoben wird.
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Jeder Magnet 4 ist Träger von Lamellensegmenten 8, die segmentförmig ausgebildet sind und den Einzellamellen 6 zugeordnet sind. Die Lamellensegmente 8 sind ausschließlich an den Magneten 4 gehalten, sie weisen darüber hinaus keine Verbindung zu einem weiteren Bauteil des Rotors 3 auf.
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Wie 1 in Verbindung mit 3 zu entnehmen, sind benachbarte Aufnahmetaschen 5 an den Einzellamellen 6 über einen radial überstehenden Steg 9 getrennt, dessen Seitenwände zugleich die umfangsseitigen Begrenzungswände der Aufnahmetaschen 5 markieren. Die in die Aufnahmetaschen 5 eingesetzten Magnete 4 weisen eine signifikant größere Dicke auf als der Steg 9 radial übersteht, so dass, wie insbesondere 3 zu entnehmen, die umfangsseitigen Magnetflächen 10 benachbarter Magnete 4 teilweise einander unmittelbar zugewandt sind und über den größeren Teil der Magnetfläche 10 kein Hindernis zwischen den Magneten steht. Der Steg 9 zwischen benachbarten Aufnahmetaschen 5 erstreckt sich lediglich so weit in Radialrichtung, dass eine sichere Aufnahme der Magnete 4 in den Aufnahmetaschen 5 gewährleistet ist.
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Wie 1 in Verbindung mit 3 des Weiteren zu entnehmen, sind an den Lamellensegmenten 8 auf der dem Magnet 4 zugewandten Seite zwei Haltenasen 11 angeformt, die im montierten Zustand die umfangsseitigen Magnetflächen 10 der Magnete 4 teilweise übergreifen. Auf diese Weise ist in Umfangsrichtung eine formschlüssige Verbindung zwischen den Lamellensegmenten 8 und den Magneten 4 sichergestellt. Zusätzlich werden die Lamellensegmente 8 fest mit den Magneten 4 verbunden, insbesondere durch Kleben.
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Die Magnete 4 sind ihrerseits aufgrund der seitlichen Begrenzung der Aufnahmetaschen 5 über die Stege 9 ebenfalls in Umfangsrichtung formschlüssig in den Aufnahmetaschen 5 aufgenommen. Zusätzlich werden die Magnete 4 fest mit den Einzellamellen 6 verbunden, insbesondere durch Kleben in der Aufnahmetasche 5.
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Wie in 1 mit den Pfeilen dargestellt, erlauben die radial nach außen offenen Aufnahmetaschen 5 ein radiales Einschieben der Magnete 4. Die Lamellensegmente 8 können entweder vorab mit den Magneten 4 verbunden werden, so dass die Baueinheit, bestehend aus Magnet und den aufeinander gestapelten Lamellensegmenten 8 insgesamt in die Aufnahmetaschen 5 eingesetzt wird. Es ist aber auch möglich, in einem ersten Schritt die Magnete 4 in die Aufnahmetaschen 5 einzusetzen und in einem zweiten Schritt die Lamellensegmente 8 auf den Magneten 4 zu befestigen.
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Gegebenenfalls werden die Magnete 4 – mit oder ohne Lamellensegmente 8 – axial in die Aufnahmetaschen 5 eingesetzt.
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Wie dem Ausführungsbeispiel gemäß den 4 bis 7 zu entnehmen, sind die umfangsseitigen Magnetflächen 10 der Magnete 4 konkav ausgebildet, so dass die obere und untere Kante der Magneten 4 gegenüber dem mittleren Abschnitt der Magnetfläche 10 überstehen und jeweils ein Rastelement 12 bzw. 13 bilden, das für die Verrastung einerseits in der Aufnahmetasche 5 und andererseits für das Lamellensegment 8 dient. Das Rastelement 12 in Form einer Rastnase befindet sich auf der der Aufnahmetasche 5 zugewandten Seite und wird, wie insbesondere 5 zu entnehmen, von dem Steg 9 übergriffen, so dass sowohl in Umfangsrichtung als auch in Radialrichtung eine formschlüssige Sicherung der Magnete 4 in den Aufnahmetaschen 5 gegeben ist.
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Auch das außen liegende Rastelement 13 ist als Rastnase ausgeführt und wird von der Haltenase 11 am Lamellensegment 8 formschlüssig hintergriffen, so dass das Lamellensegment 8 ebenfalls sowohl in Umfangsrichtung als auch in Radialrichtung formschlüssig am Magneten 4 gesichert ist.
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Wie in 6 mit den Pfeilen dargestellt, können sowohl die Magnete 4 in Achsrichtung in die Aufnahmetaschen 5 eingeschoben werden als auch die Lamellen 8 in Achsrichtung auf die Magnete 4 aufgeschoben werden.
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Wie 7 zu entnehmen, kann an einem oder können an mehreren Lamellensegmenten 8 auch zusätzliche Nocken 14 an den überstehenden Haltenasen 11 angeordnet sein, wobei die Nocken 14 einen Hinterschnitt bilden, so dass im montierten Zustand die Nocken 14 die zugeordneten Rastelemente 13 an den Magneten 4 (5) formschlüssig hintergreifen.
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Wie 8 zu entnehmen, kann sowohl der Steg 9 an der Einzellamelle 6, der die Aufnahmetasche 5 seitlich begrenzt, als auch die Haltenase 11 an dem Lamellensegment 8 elastisch aufgeweitet werden, um die formschlüssige Verbindung mit dem Magneten 4 im Bereich der Rastelemente 12 bzw. 13 an den Magneten 4 herzustellen. Hierbei wird der Magnet 4 in Radialrichtung in die Aufnahmetasche 5 eingeknöpft; in entsprechender Weise wird das Lamellensegment 8 in Radialrichtung auf den Magneten 4 aufgeschoben, bis die Haltenasen 11 die zugeordneten Rastelemente 13 am Magneten 4 formschlüssig hintergreifen.
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Möglich ist es auch, den Steg 9 und die Haltenase 11, wie in 8 auf der rechten Seite dargestellt, als radial offene Tasche auszubilden, so dass sich die Magnete und die Lamellensegmente radial fügen lassen. Nach dem Zusammenfügen lassen sich Steg 9 und Haltenase 11 umbiegen bzw. umbördeln, um eine formschlüssige Verbindung zu erreichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006056882 A1 [0002]
