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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine Elektromaschine.
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Hintergrund der Erfindung
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Rotierende Elektromaschinen als Elektromotoren oder Generatoren werden für die verschiedensten technischen Anwendungen eingesetzt, um elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln und umgekehrt. In Elektro- oder Hybridfahrzeugen werden beispielsweise Elektromaschinen eingesetzt, um das Elektro- oder Hybridfahrzeug mittels der Elektromaschine anzutreiben oder im Rekuperationsbetrieb die kinetische Energie des Hybrid- oder Elektrofahrzeugs in elektrische Energie umzuwandeln und damit die Energiespeicher des Hybrid- oder Elektrofahrzeugs zu speisen.
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Als Antriebsvorrichtung für Hybrid- oder Elektrofahrzeuge werden dabei beispielsweise permanentmagneterregte Synchronmotoren eingesetzt, bei denen ein Rotor synchron mit einem vorgegebenen Drehfeld umläuft. Permanentmagneterregte Synchronmotoren bestehen aus einem Stator und einem Rotor. Der Stator trägt üblicherweise die Wicklungen. Der Rotor weist in der Regel unter anderem mit Permanentmagneten bestückte Blechpakete auf. Diese Blechpakete sind auf einem zylindrischen Hohlkörper, dem Rotorhalter, angebracht. Der Rotorhalter ist drehfest mit einer Abtriebswelle verbunden.
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Aufgabe der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, einen Rotor für eine Elektromaschine bereitzustellen, der einfach und kostengünstig in der Herstellung bzw. Montage ist.
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Lösung der Aufgabe
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Demnach umfasst der erfindungsgemäße Rotor einer Elektromaschine einen Rotorhalter, ein Blechpaket und ein Positionierelement. Der Rotorhalter ist ein im Wesentlichen zylinderförmiger Hohlkörper, mit welchem das Blechpaket drehfest verbunden ist. Das Positionierelement ist mit dem Blechpaket verbunden und axial gegen den Rotorhalter angeschlagen.
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Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, Bauteile und Baugruppen in einer Serienfertigung auch dahingehend auszulegen und anzuordnen, dass sie hinsichtlich der Montage einfach und präzise zusammengefügt werden können. Dies gilt umso mehr für eine automatisierte Fertigung. Weiter geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass der Materialeinsatz aus Kostengründen in der Regel so gering wie möglich gehalten werden sollte. Daher sieht die Erfindung vor, das Positionierelement mit dem Blechpaket zu verbinden und axial gegen den Rotorhalter anzuschlagen, um auf diese Weise das Blechpaket zu positionieren. Dies erlaubt eine einfache und exakte Positionierung, ohne hierfür zusätzliche zeit- und kostenintensive Arbeitsschritte oder Bauteile vorsehen zu müssen.
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Der Rotorhalter ist als im Wesentlichen zylinderförmiger Hohlkörper zur Aufnahme einer Welle ausgebildet. Der Rotorhalter kann dabei direkt mit der Welle, beispielsweise durch Aufschrumpfen des Rotorhalters auf die Welle, verbunden werden. Zweckmäßigerweise ist aber im Rotorhalter eine gehärtete Nabe angebracht, über welche die Welle mit dem Rotorhalter verbunden ist. Der Rotorhalter und die Nabe sind insbesondere durch eine Schweißverbindung miteinander verbunden. Bei der Welle-Nabe-Verbindung kann es sich um eine formschlüssige, reibschlüssige, vorgespannte formschlüssige oder eine stoffschlüssige Verbindung handeln.
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Eine drehfeste Verbindung zwischen dem Blechpaket und dem Rotorhalter kann insbesondere durch das Aufschrumpfen des Blechpakets auf den Rotorhalter erreicht werden. Beispielsweise in Taschen des Blechpakets können Permanentmagnete angeordnet sein. Das Positionierelement ist bevorzugt aus Stahl hergestellt und dient zweckmäßigerweise gleichzeitig der Abschirmung. Das Positionierelement ist insbesondere durch eine Schraubverbindung mit dem Blechpaket verbunden. Die dafür notwendigen Innengewinde können direkt in das Blechpaket geschnitten sein.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung hat den Vorteil einer einfachen und schnellen Montage. Über das Positionierelement, welches mit dem Blechpaket verbunden und axial an den Rotorhalter angeschlagen ist, wird das Blechpaket auf dem Rotorhalter angeordnet. Dabei sind das Positionierelement und der Anschlag so dimensioniert, dass das Blechpaket an der gewünschten Stelle auf dem Rotorhalter angebracht werden kann. Sobald das Positionierelement axial mit dem Rotorhalter in Anschlag geht, ist diese Position erreicht. Auf diese Weise kann das Blechpaket, insbesondere im automatisierten Fertigungsprozess, auf einfache und schnelle Art an der vorgesehenen Stelle exakt positioniert werden.
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Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die Herstellungskosten des Rotors relativ niedrig gehalten werden. Dadurch, dass das Blechpaket mit dem Positionierelement verbunden ist und das Positionierelement axial gegen den Rotorhalter angeschlagen wird, braucht für die Positionierung des Blechpakets kein separater Flansch oder dergleichen auf dem Rotorhalter vorgesehen werden.
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Die Erzeugung eines solchen Flansches, beispielsweise durch spanende Materialabtragung von der Mantelfläche des Rotorhalters, entfällt. Dadurch ist kein hoher Materialeinsatz nötig. Ferner hat das Halbzeug für die Herstellung des Rotorhalters, welches insbesondere ein Rohr sein kann, ein relativ geringes Gewicht und kann deshalb auch auf kleineren Maschinen bearbeitet werden.
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Das Positionierelement ist grundsätzlich axial an einer Stirnfläche des Rotorhalters angeschlagen. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Rotorhalter an einem Ende einen Absatz auf, gegen den das Positionierelement axial angeschlagen ist. Der Absatz kann beispielsweise durch eine spanende Materialbearbeitung erzeugt werden.
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In zweckmäßiger Ausführung ist das Positionierelement im Wesentlichen als eine Ringscheibe ausgebildet, deren Innendurchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser des Rotorhalters. Die Ausnehmung und/oder der äußere Rand des Positionierelements können aber auch eine unrunde, insbesondere ovale oder vieleckige Geometrie aufweisen. Durch den im Verhältnis zum Außendurchmesser des Rotorhalters kleineren Innendurchmesser des Positionierelements wird ein axialer Anschlag der Stirnfläche des Positionierelements mit der Stirnfläche bzw. dem Absatz des Rotorhalters gewährleistet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Abstandselement zwischen dem Positionierelement und dem Blechpaket angeordnet. Dabei ist das Abstandselement im Wesentlichen als eine Ringscheibe ausgebildet und das Positionierelement, das Abstandselement und das Blechpaket sind zu einer Vormontageeinheit verbunden. Die Ausnehmung und/oder der äußere Rand des Abstandselements können auch eine unrunde, insbesondere ovale oder vieleckige Geometrie aufweisen. Das Abstandselement ist bevorzugt aus Aluminium hergestellt. Vorteilhafterweise sind das Positionierelement, das Abstandselement und das Blechpaket über eine Schraubverbindung miteinander verbunden. Das Innengewinde kann hierbei zweckmäßigerweise im Blechpaket vorgesehen sein.
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Die automatisierte Montage wird dahingehend vereinfacht, dass das Blechpaket mit dem Positionierelement und dem Abstandselement bereits vor dem Aufschrumpfen des Blechpakets auf den Rotorhalter miteinander verbunden werden. Erst anschließend wird die Vormontageeinheit auf den Rotorhalter aufgeschrumpft. Dabei wird das zur Vormontageeinheit gehörige Positionierelement axial gegen den Rotorhalter angeschlagen, wodurch die Vormontageeinheit und folglich auch das Blechpaket einfach und exakt positioniert sind. Durch das Verbinden von Positionierelement, Abstandselement und Blechpaket vor dem Aufschrumpfen, wird ferner den unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten Rechnung getragen, falls das Positionierelement, das Abstandselement und das Blechpaket zweckmäßigerweise aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Beim Erwärmen wirkt auf die Verbindungselemente, insbesondere auf die Schrauben, eine axiale Zugkraft. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten schrumpfen das Positionierelement, das Abstandselement und das Blechpaket beim Abkühlen zwar relativ zueinander unterschiedlich stark. Infolge der Verbindung der drei Elemente miteinander wird jedoch größtenteils verhindert, dass dabei ein Spiel entsteht bzw. ein Element locker wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 nach einem ersten Montageschritt einen Schnitt eines Rotorhalters mit Nabe,
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2 nach einem zweiten Montageschritt eine Vormontageeinheit,
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3 in einem Schnitt III-III die Vormontageeinheit gemäß 2,
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4 nach einem dritten Montageschritt einen Schnitt eines Rotorhalters mit Vormontageeinheit,
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5 nach einem vierten Montageschritt einen Schnitt eines Rotorhalters mit Vormontageeinheit und zweitem Blechpaket,
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6 nach einem fünften Montageschritt einen Schnitt eines Rotorhalters mit Vormontageeinheit, Aluminiumeinsatz und Rotorlagern,
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7 nach einem sechsten Montageschritt einen Schnitt eines Rotorhalters mit Vormontageeinheit, Aluminiumeinsatz, Rotorlagern und Sensorrad.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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In 1 ist ein in einem ersten Montageschritt gefertigter Rotorhalter 1 mit eingeschweißter, einsatzgehärteter Nabe 2 dargestellt. An einem Ende weist der Rotorhalter 1 einen durch spanende Materialabtragung erzeugten Absatz 3 auf. Durch die zweiteilige Ausführung von Rotorhalter 1 und Nabe 2 wird vermieden, dass es zu einem Verzug des Rotorhalters 1 infolge einer Wärmebehandlung kommen kann. Die Nabe wird gehärtet und Rotorhalter 1 und Nabe 2 an den Schweißstellen geschliffen. Anschließend wird die Nabe 2 in den Rotorhalter 1 eingeschweißt.
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2 zeigt die Vorderansicht einer nach einem zweiten Montageschritt verschraubten Vormontageeinheit 4. In dieser Darstellung sind ein als Ringscheibe ausgeführtes Positionierelement 5, Schrauben 6, 6a, 6b, 6c (schematisch dargestellt) mit versenkten Schraubenköpfen zur Verbindung mit einem Abstandselement 7 (erkennbar in 3) und einem ersten Blechpaket 8 (erkennbar in 3), sowie erste Gewindebohrungen 9, 9a, 9b, 9c zu erkennen. Die Innengewinde für die Schrauben 6, 6a, 6b, 6c sind in das erste Blechpaket 8 geschnitten.
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In 3 ist die Seitenansicht der verschraubten Vormontageeinheit 4 gezeigt. Das Positionierelement 5, das Abstandselement 7 und das erste Blechpaket 8 sind mittels der Schrauben 6, 6a, 6b, 6c (nicht dargestellt) miteinander verbunden. Der Innendurchmesser des Positionierelements 5 ist kleiner als der Innendurchmesser von Abstandselement 7 und erstem Blechpaket 8.
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Der Rotorhalter 1 nach einem dritten Montageschritt ist in 4 dargestellt. Das Positionierelement 5 ist axial gegen den Absatz 3 des Rotorhalters 1 angeschlagen, wodurch die Position der Vormontageeinheit 4 einfach und exakt festgelegt ist. Die Vormontageeinheit 4 ist durch Aufschrumpfen auf den Rotorhalter 1 mit diesem drehfest verbunden.
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In 5 ist nach einem vierten Montageschritt der Rotorhalter 1 mit Vormontageeinheit 4 und aufgeschrumpftem zweiten Blechpaket 10 gezeigt. In dem zweiten Blechpaket 10 sind zweite Gewindebohrungen 11, 11a eingebracht.
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6 zeigt nach einem fünften Montageschritt den Rotorhalter 1 mit Vormontageeinheit 4, eingepresstem Aluminiumeinsatz 12 und Wälzlagern 13, 13a zur Lagerung des Rotors. Der Aluminiumeinsatz 12 dient der axialen Führung und Stabilisierung der Welle.
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In 7 ist nach einem sechsten Montageschritt der Rotorhalter 1 mit Vormontageeinheit 4, Aluminiumeinsatz 12, Wälzlagern 13, 13a und Sensorrad 14 dargestellt. Eine Aluminiumscheibe 15 und eine Stahlscheibe 16 sind mit dem zweiten Blechpaket 10 über die zweiten Gewindebohrungen 11, 11a verschraubt. Die die Stahlscheibe 16 schließt mit dem Ende des Rotorhalters 1 bündig ab. Das Sensorrad 14 ist mit dem ersten Blechpaket 8 über die ersten Gewindebohrungen 9, 9a, 9b, 9c verschraubt. Das Sensorrad 14 dient im Zusammenspiel mit einem Sensor dem Erfassen der Drehwinkellage des Rotors.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotorhalter
- 2
- Nabe
- 3
- Absatz
- 4
- Vormontageeinheit
- 5
- Positionierelement
- 6, 6a, 6b, 6c
- Schrauben
- 7
- Abstandselement
- 8
- erstes Blechpaket
- 9, 9a, 9b, 9c
- erste Gewindebohrungen
- 10
- zweites Blechpaket
- 11, 11a
- zweite Gewindebohrungen
- 12
- Aluminiumeinsatz
- 13, 13a
- Wälzlager
- 14
- Sensorrad
- 15
- Aluminiumscheibe
- 16
- Stahlscheibe
