DE102011089488A1 - Rotor for an electric machine with magnets fixed by thermoplastic material and corresponding production method - Google Patents

Rotor for an electric machine with magnets fixed by thermoplastic material and corresponding production method Download PDF

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Frank Brenner
Tilman Miehle
Johannes Horn
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Abstract

Es wird ein Rotor für eine Elektromaschine sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Rotors beschrieben. Der Rotor (15) weist einen Rotorkörper (9) mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen (5) und einer Mehrzahl von Magneten (7), die in die Ausnehmungen (5) des Rotorkörpers (9) aufgenommen sind, auf. Die Magneten (7) sind wenigstens teilweise von einem thermoplastischen Material umgeben und durch dieses in den Ausnehmungen (5) fixiert. Im Vergleich zu herkömmlichen duroplastischen Klebstoffen ermöglichen thermoplastische Materialien ein einfacheres, formschlüssiges Fixieren der Magneten (7) in dem Rotorkörper (9). In das thermoplastische Material (13) können magnetische oder magnetisierbare Partikel eingelagert sein, so dass ein mit dem thermoplastischen Material (13) aufgefüllter Spalt (11) zwischen den Magneten (7) und den Wandungen der Ausnehmungen (5) zum gesamten, von dem Rotor erzeugten Magnetfeld beitragen kann.A rotor for an electric machine and a method for producing such a rotor will be described. The rotor (15) has a rotor body (9) with a plurality of recesses (5) and a plurality of magnets (7) received in the recesses (5) of the rotor body (9). The magnets (7) are at least partially surrounded by a thermoplastic material and fixed by this in the recesses (5). Compared to conventional thermosetting adhesives thermoplastic materials allow a simpler, positive locking of the magnets (7) in the rotor body (9). In the thermoplastic material (13) may be embedded magnetic or magnetizable particles, so that with the thermoplastic material (13) filled gap (11) between the magnets (7) and the walls of the recesses (5) to the entire, of the rotor generated magnetic field can contribute.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine Elektromaschine sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Rotors.The present invention relates to a rotor for an electric machine and a method for manufacturing such a rotor.

Stand der TechnikState of the art

Elektromaschinen werden beispielsweise in Form von Synchronmaschinen häufig als Motoren bzw. Generatoren in Elektro- oder Hybridantrieben für Kraftfahrzeuge eingesetzt. Die Elektromaschine weist dabei einen ortsfesten Stator sowie einen Rotor, der sich relativ zu diesem Stator um eine Rotationsachse rotieren lässt, auf.Electric machines are often used, for example in the form of synchronous machines as motors or generators in electric or hybrid drives for motor vehicles. In this case, the electric machine has a stationary stator and a rotor, which can be rotated about an axis of rotation relative to this stator.

Der Rotor weist einen in der Regel im Wesentlichen zylindrischen Rotorkörper auf. Der Rotorkörper besteht meist aus einem magnetisierbaren Material, z.B. aus einem Metall wie Eisen oder einer eisenhaltigen Legierung. Häufig ist der Rotorkörper aus einer Vielzahl von kreisförmigen Blechen zusammengesetzt, die Lamellen des Rotorkörpers bilden.The rotor has a generally substantially cylindrical rotor body. The rotor body is usually made of a magnetizable material, e.g. made of a metal such as iron or an iron-containing alloy. Frequently, the rotor body is composed of a plurality of circular plates which form fins of the rotor body.

In der Nähe der Mantelfläche des Rotorkörpers sind mehrere Ausnehmungen vorgesehen. In diese Ausnehmungen können bei der Montage des Rotors Permanentmagneten eingeschoben werden, die das für den Betrieb des Rotors in der Elektromaschine nötige Magnetfeld erzeugen. Alternativ können Körper aus unmagnetischem, aber magnetisierbarem Material in die Ausnehmungen eingebracht werden und anschließend magnetisiert werden. Nachfolgend wird der Begriff „Magnet“ als Oberbegriff sowohl für permanentmagnetisches Material als auch für nachträglich magnetisierbares Material verwendet.In the vicinity of the lateral surface of the rotor body a plurality of recesses are provided. In these recesses permanent magnets can be inserted during assembly of the rotor, which generate the necessary for the operation of the rotor in the electric machine magnetic field. Alternatively, bodies of nonmagnetic but magnetizable material may be introduced into the recesses and subsequently magnetized. Subsequently, the term "magnet" is used as a generic term for both permanent magnetic material and for subsequently magnetizable material.

Um die Magnete bzw. die magnetisierbaren Körper in die Ausnehmungen in dem Rotorkörper einbringen zu können, werden diese im Allgemeinen geringfügig kleiner ausgestaltet als die Ausnehmungen, so dass sich ein kleiner Spielraum jeweils zwischen einem Magneten und Wandungen der Ausnehmung ergibt. Während des Betriebs der Elektromaschine können hohe Kräfte auf den Rotor und die darin aufgenommenen Magneten wirken. Um zu verhindern, dass sich die Magneten dabei unerwünscht innerhalb der Ausnehmungen verlagern, müssen die Magneten in Bezug auf den Rotorkörper fixiert werden.To be able to introduce the magnets or the magnetizable body in the recesses in the rotor body, they are generally designed to be slightly smaller than the recesses, so that there is a small clearance each between a magnet and walls of the recess. During operation of the electric machine, high forces can act on the rotor and the magnets received therein. In order to prevent the magnets from shifting undesirably within the recesses, the magnets must be fixed in relation to the rotor body.

Herkömmlich werden die Magneten beispielsweise mit Hilfe von duroplastischen Klebstoffen innerhalb der Ausnehmungen fixiert. DE 10 2009 054584 A1 beschreibt einen derartigen Rotor für eine Elektromaschine.Conventionally, the magnets are fixed, for example by means of thermosetting adhesives within the recesses. DE 10 2009 054584 A1 describes such a rotor for an electric machine.

Es wurde jedoch beobachtet, dass das Verkleben der Magneten mit Hilfe von duroplastischen Klebstoffen nachteilig hinsichtlich des Verarbeitungsaufwandes und hinsichtlich der Verarbeitungsdauer sein kann.However, it has been observed that the bonding of the magnets with the aid of thermosetting adhesives can be disadvantageous with regard to the processing outlay and with regard to the processing time.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die hierin vorgeschlagene Erfindung ermöglicht in ihren Ausführungsformen eine vereinfachte Herstellung eines Rotors für eine Elektromaschine bei gleichzeitig zuverlässiger Fixierung der Magneten in dem Rotorkörper. The invention proposed herein makes possible in its embodiments a simplified manufacture of a rotor for an electric machine with simultaneous reliable fixing of the magnets in the rotor body.

Es wird gemäß Ausführungsformen der Erfindung vorgeschlagen, die in den Ausnehmungen des Rotorkörpers aufgenommenen Magneten wenigstens teilweise mit einem thermoplastischen Material zu umgeben, um sie auf diese Weise in den Ausnehmungen zu fixieren.It is proposed according to embodiments of the invention, at least partially surround the magnets received in the recesses of the rotor body with a thermoplastic material to fix them in this way in the recesses.

Beim Herstellen des Rotors können die in den Ausnehmungen des Rotorkörpers angeordneten Magneten durch Einspritzen eines thermoplastischen Materials in den Ausnehmungen fixiert werden.When manufacturing the rotor, the magnets arranged in the recesses of the rotor body can be fixed in the recesses by injecting a thermoplastic material.

Eine diesen Ausführungsformen der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis bzw. Idee kann darin gesehen werden, dass beobachtet wurde, dass beim herkömmlichen Einkleben von Magneten in den Rotorkörper erheblicher Prozessierungsaufwand betrieben werden muss. Das zum Verkleben verwendete duroplastische Material muss in der Regel während einer Aushärtungsphase auf einer erhöhten Temperatur gehalten werden. Diese Aushärtungsphase kann zwischen zehn und 60 Minuten dauern. Die Notwendigkeit, den Rotorkörper während dieser Aushärtungsphase zu heizen und ein Aushärten des Klebstoffes abzuwarten, hat sich als für eine Großproduktion erschwerend herausgestellt.An insight or idea on which these embodiments of the invention are based can be seen in that it has been observed that in the conventional gluing of magnets into the rotor body considerable processing effort must be operated. The thermoset material used for bonding generally needs to be maintained at an elevated temperature during a curing phase. This hardening phase can take between ten and 60 minutes. The need to heat the rotor body during this curing phase and wait for the adhesive to cure has been found to make it difficult for large scale production.

Es wurde daher erkannt, dass ein Fixieren der Magneten innerhalb der Ausnehmungen besser mit Hilfe von thermoplastischen Materialien vorgenommen werden kann. Thermoplastische Materialien sind typischerweise Kunststoffe, die sich in einem bestimmten Temperaturbereich bei erhöhten Temperaturen von beispielsweise mehr als 220 °C verformen lassen. Dieser Vorgang ist reversibel, d.h., er kann durch Abkühlen und Wiedererwärmen bis in den schmelzflüssigen Zustand beliebig häufig wiederholt werden, solange nicht beispielsweise durch Überhitzen eine thermische Schädigung des Materials eintritt. It has therefore been recognized that fixing the magnets within the recesses can be made better with the aid of thermoplastic materials. Thermoplastic materials are typically plastics that can be deformed in a certain temperature range at elevated temperatures, for example, more than 220 ° C. This process is reversible, that is, it can be repeated as often as desired by cooling and reheating to the molten state, unless thermal deterioration of the material occurs, for example, as a result of overheating.

Das thermoplastische Material kann dabei während des Herstellungsvorgangs durch Erhitzen auf geeignete Temperaturen verflüssigt werden und in die Ausnehmungen des Rotorkörpers beispielsweise im Spritzgussverfahren eingebracht werden, um dort die Magneten zu umgeben und sie auf diese Weise in den Ausnehmungen zu fixieren. Beim Abkühlen des thermoplastischen Materials erhärtet dieses. Obwohl das thermoplastische Material meist aufgrund mangelhafter Adhäsionsfähigkeiten mit dem Material der Magneten kein dauerhaft stoffschlüssiges Verkleben der Magneten in den Ausnehmungen des Rotorkörpers zulässt, kommt es zu einem formschlüssigen Fixieren der Magneten innerhalb der Ausnehmungen.The thermoplastic material can be liquefied during the manufacturing process by heating to suitable temperatures and introduced into the recesses of the rotor body, for example by injection molding to There to surround the magnets and fix them in this way in the recesses. Upon cooling of the thermoplastic material hardens this. Although the thermoplastic material usually due to poor adhesion capabilities with the material of the magnet does not allow permanent cohesive bonding of the magnets in the recesses of the rotor body, there is a positive fixing of the magnets within the recesses.

Thermoplastische Materialien sind im Allgemeinen aus wenig oder nicht verzweigten, also linearen Kohlenstoffketten aufgebaut, die nur durch schwache physikalische Bindungen miteinander verbunden sind. Aufgrund dieser schwachen Bindungen können thermoplastische Materialien durch Erwärmen reversibel in einen fließfähigen Zustand gebracht werden. In diesem fließfähigen Zustand können thermoplastische Materialien vorteilhaft im sogenannten Spritzgussverfahren verarbeitet werden. Auch in einem thermoplastischen Zustand, bei dem das Material noch nicht so stark erwärmt wird, dass es fließfähig ist, aber bereits weich und nicht mehr formstabil ist, kann das thermoplastische Material formend verarbeitet werden. Vor dem Erwärmen bzw. nach dem Abkühlen ist das thermoplastische Material fest. Das thermoplastische Material muss in diesem Zustand jedoch nicht steif sein, sondern kann eine gewisse Elastizität bzw. Flexibilität aufweisen.Thermoplastic materials are generally composed of little or no branched, ie linear carbon chains which are interconnected only by weak physical bonds. Due to these weak bonds thermoplastic materials can be reversibly brought into a flowable state by heating. In this flowable state thermoplastic materials can be advantageously processed in the so-called injection molding process. Even in a thermoplastic state, in which the material is not yet heated so much that it is flowable, but already soft and no longer dimensionally stable, the thermoplastic material can be processed forming. Before heating or after cooling, the thermoplastic material is solid. However, the thermoplastic material does not have to be stiff in this state, but may have some elasticity or flexibility.

Typische thermoplastische Materialien sind z.B. Acrylnitril-Butadin-Styrol (ABS), Polyamide (PA), Polyphtalamide (PPA), Polyphenylensulfid (PPS), Polylactat (PLA), Polymethylmetacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephtalat (PET), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyetheretherketon (PEEK) und Polyvinylchlorid (PVC). Polyamide, Polyphtalamide, Polyphenylensulfid und Polyetheretherketon sind hinsichtlich der auftretenden Temperaturanforderungen von 140°C bis zu 200°C aufgrund ihrer Temperaturbeständigkeiten besonders geeignet, wobei die Temperaturbeständigkeit und Kosten der angegebenen Materialien in der angegebenen Reihenfolge ansteigen. Typical thermoplastic materials are e.g. Acrylonitrile butadine styrene (ABS), polyamides (PA), polyphthalamides (PPA), polyphenylene sulfide (PPS), polylactate (PLA), polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), polyetheretherketone (PEEK) and polyvinyl chloride (PVC). Polyamides, polyphthalamides, polyphenylene sulfide and polyetheretherketone are particularly suitable in terms of temperature requirements of 140 ° C to 200 ° C due to their temperature resistance, the temperature resistance and cost of the specified materials increase in the order given.

Das thermoplastische Material kann auch als thermoplastisches Elastomer ausgebildet sein. The thermoplastic material may also be formed as a thermoplastic elastomer.

Thermoplastische Elastomere (TPE) sind typischerweise Kunststoffe, die sich bei Raumtemperatur vergleichbar den klassischen Elastomeren verhalten, sich jedoch unter Wärmezufuhr plastisch verformen lassen und somit ein thermoplastisches Verhalten aufweisen. Bei üblichen Elastomeren sind Raumnetzmoleküle normalerweise chemisch weitmaschig vernetzt, wobei die Vernetzungen nicht ohne ein Zersetzen des Materials gelöst werden können. Bei thermoplastischen Elastomeren sind typischerweise elastische Polymerketten in thermoplastisches Material eingebunden. Daher lassen sich solche Materialien mit Hilfe rein physikalischer Prozesse durch eine Kombination von hohen Scherkräften, Wärmezufuhr und anschließender Abkühlung verarbeiten. Die thermoplastischen Elastomere können dabei gummielastische Eigenschaften aufweisen, obwohl keine chemische Vernetzung durch eine zeit- und temperaturaufwendige Vulkanisation durchgeführt wird. Ein erneutes Erwärmen kann dabei wieder zu einem Aufschmelzen und damit zur Möglichkeit der plastischen Verformung des Materials führen. Thermoplastische Elastomere lassen sich somit im Spritzgussverfahren verarbeiten. Aus der Gruppe der thermoplastischen Elastomere eigenen sich z.B. thermoplastische Polyesterelastomere (TPC) aufgrund der Temperaturbeständigkeit bis 160°C besonders. Thermoplastic elastomers (TPE) are typically plastics that behave at room temperature comparable to the classic elastomers, but can be plastically deformed under heat and thus have a thermoplastic behavior. In conventional elastomers, space network molecules are usually cross-linked chemically and the crosslinks can not be dissolved without decomposing the material. In thermoplastic elastomers elastic polymer chains are typically incorporated into thermoplastic material. Therefore, such materials can be processed by purely physical processes through a combination of high shear forces, heat input and subsequent cooling. The thermoplastic elastomers may have rubber-elastic properties, although no chemical crosslinking is carried out by time-consuming and temperature-intensive vulcanization. A renewed heating can again lead to a melting and thus the possibility of plastic deformation of the material. Thermoplastic elastomers can thus be processed by injection molding. From the group of thermoplastic elastomers, e.g. thermoplastic polyester elastomers (TPC) due to the temperature resistance up to 160 ° C especially.

Das thermoplastische Material kann magnetische oder magnetisierbare Partikel enthalten. The thermoplastic material may contain magnetic or magnetizable particles.

Das zum Fixieren der Magnete verwendete thermoplastische Material kann somit aufgrund der darin enthaltenen magnetischen Partikel zu dem von dem Rotor erzeugten Magnetfeld beitragen. The thermoplastic material used to fix the magnets can thus contribute to the magnetic field generated by the rotor due to the magnetic particles contained therein.

Das thermoplastische Material kann dabei einen Anteil an magnetischen oder magnetisierbaren Partikeln im Bereich von 10–90 vol-% (Volumenprozent), vorzugsweise im Bereich von 20%–70 vol-% aufweisen. Je höher hierbei der Anteil an magnetischen bzw. magnetisierbaren Partikeln ist, um so stärker kann das von dem thermoplastischen Material erzeugte Magnetfeld sein. Andererseits kann ein hoher Anteil an Partikeln zu einer verringerten Fließfähigkeit während des Einspritzens des thermoplastischen Materials beim Herstellen des Rotors führen.The thermoplastic material may have a proportion of magnetic or magnetizable particles in the range of 10-90 vol% (volume percent), preferably in the range of 20% -70 vol%. The higher the proportion of magnetic or magnetizable particles, the stronger the magnetic field generated by the thermoplastic material can be. On the other hand, a high proportion of particles can lead to reduced flowability during the injection of the thermoplastic material during manufacture of the rotor.

Die magnetischen bzw. magnetisierbaren Partikel können prinzipiell aus beliebigen ferromagnetischen oder magnetisierbaren Materialien bestehen. Beispielsweise können die Partikel als feines Metallpulver, beispielsweise als Eisen-, Ferrit- und/oder NdFeB-Pulver, bereitgestellt sein. Die Partikel können innerhalb des thermoplastischen Materials homogen verteilt sein.The magnetic or magnetizable particles can in principle consist of any ferromagnetic or magnetizable materials. For example, the particles may be provided as a fine metal powder, for example as iron, ferrite and / or NdFeB powder. The particles may be homogeneously distributed within the thermoplastic material.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht jeder der für den Rotor verwendeten Magnete vollständig aus einem permanentmagnetischen Material und füllt eine zugehörige Ausnehmung in dem Rotorkörper bzw. in einer oder mehrerer der Lamellen des Rotorkörpers bis auf einen angrenzenden Spalt aus. Dieser für ein Einbringen des Magnetes in die Ausnehmung nötige Spalt wird dabei zur Fixierung des Magneten mit dem thermoplastischen Material ausgefüllt. Das thermoplastische Material grenzt somit an den Magneten an und kann diesen teilweise oder vollständig umgeben und diesen nach dem Aushärten des thermoplastischen Materials somit formschlüssig in der Ausnehmung fixieren.According to one embodiment of the invention, each of the magnets used for the rotor made entirely of a permanent magnetic material and fills an associated recess in the rotor body or in one or more of the fins of the rotor body except for an adjacent gap. This necessary for an introduction of the magnet into the recess gap is filled to fix the magnet with the thermoplastic material. The thermoplastic material thus adjoins the magnet and can partially or completely surround it and thus fix it in a form-fitting manner in the recess after curing of the thermoplastic material.

Da das thermoplastische Material selbst, ähnlich wie bisher verwendete duroplastische Klebstoffe, im Allgemeinen nicht magnetisch ist, wirkt der mit dem thermoplastischen Material ausgefüllte Spalt aus magnetischer Sicht zunächst wie ein Luftspalt und verringert somit das von dem Rotor bewirkte Magnetfeld. Wenn das thermoplastische Material jedoch mit magnetischen bzw. magnetisierbaren Partikeln versetzt ist, kann auch das in dem Spalt vorgesehene Gemisch aus thermoplastischem Material und Magnetpartikeln zum Gesamtmagnetfeld des Rotors beitragen. Since the thermoplastic material itself is generally not magnetic, similar to previously used thermoset adhesives, the gap filled with the thermoplastic material initially acts as an air gap, thus reducing the magnetic field caused by the rotor. However, if the thermoplastic material is mixed with magnetic or magnetisable particles, the mixture of thermoplastic material and magnetic particles provided in the gap can also contribute to the overall magnetic field of the rotor.

In dieser Ausgestaltung kann der Spalt, d.h. ein Spielraum zwischen dem Magneten und der Wandung der Ausnehmung, auch größer dimensioniert werden als bei herkömmlichen Rotoren, ohne dass hiermit eine übermäßige Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften des Rotors einhergehen würde. Dadurch lässt sich ein Zusammenbauen des Rotors hinsichtlich eines Einbringens der Magneten in den Rotorkörper vereinfachen.In this embodiment, the gap, i. a clearance between the magnet and the wall of the recess, be dimensioned larger than conventional rotors, without this would be accompanied by excessive deterioration of the magnetic properties of the rotor. This makes it easier to assemble the rotor with regard to introducing the magnets into the rotor body.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann mit permanentmagnetischen Partikeln versetztes thermoplastisches Material eine Ausnehmung in dem Rotorkörper vollständig ausfüllen. In an alternative embodiment of the invention, thermoplastic material mixed with permanent magnetic particles can completely fill a recess in the rotor body.

Gemäß dieser Ausführungsform kann auf großvolumige, teure Permanentmagnete in dem Rotorkörper verzichtet werden. Stattdessen werden die in den Ausnehmungen aufgenommenen Magnete von permanentmagnetischen Partikeln gebildet, die in dem thermoplastischen Material enthalten sind. According to this embodiment can be dispensed with bulky, expensive permanent magnets in the rotor body. Instead, the magnets received in the recesses are formed by permanent magnetic particles contained in the thermoplastic material.

Die Ausnehmungen in dem Rotorkörper können in einer solchen Ausführungsform einfach im Spritzgussverfahren mit dem thermoplastischen Material befüllt werden. Das mit permanentmagnetischen Partikeln versetzte thermoplastische Material wird im Allgemeinen zwar ein geringeres Magnetfeld erzeugen als ein einzelner Vollkörper-Permanentmagnet, trotzdem kann aufgrund der vereinfachten Herstellungsmöglichkeit eine solche Ausgestaltung eines Rotors für eine Elektromaschine insbesondere für Anwendungen, bei denen geringere Leistungsanforderungen bestehen, interessant sein. The recesses in the rotor body can be filled in such an embodiment simply by injection molding with the thermoplastic material. Although the thermoplastic material added with permanent magnetic particles will generally produce a lower magnetic field than a single solid permanent magnet, such a rotor electrical machine design may be of particular interest in applications where lower power requirements exist because of its simplified manufacturing capability.

Es wird darauf hingewiesen, dass mögliche Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung hierin teilweise mit Bezug auf einen Rotor für eine Elektromaschine und teilweise mit Bezug auf ein Verfahren zum Herstellen eines solches Rotors beschrieben sind. Ein Fachmann wird erkennen, dass die verschiedenen Merkmale in geeigneter Weise miteinander kombiniert oder ausgetauschtwerden können und insbesondere auch von dem Rotor auf das Herstellungsverfahren und umgekehrt übertragen werden können, um zu weiteren Ausführungsformen und möglicherweise Synergieeffekten zu gelangen.It should be understood that possible features and advantages of embodiments of the invention will be described herein in part with reference to a rotor for an electric machine and partially with respect to a method of manufacturing such a rotor. One skilled in the art will recognize that the various features may be suitably combined or interchanged with each other and, in particular, may also be transferred from the rotor to the manufacturing process and vice versa in order to arrive at further embodiments and possibly synergy effects.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, wherein neither the drawings nor the description are to be construed as limiting the invention.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Rotors während des Zusammenbaus; 1 shows a perspective view of a rotor according to the invention during assembly;

2 zeigt eine teilweise Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Rotor. 2 shows a partial plan view of a rotor according to the invention.

Die Zeichnungen sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu.The drawings are only schematic and not to scale.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt einen Rotorkörper 9 eines Rotors 15 für eine Elektromaschine. Der Rotorkörper 9 setzt sich aus mehreren Lamellenpaketen 1 zusammen, die wiederum von einer Vielzahl übereinander gestapelter Lamellen 3 in Form dünner gestanzter Metallbleche gebildet werden. 1 shows a rotor body 9 a rotor 15 for an electric machine. The rotor body 9 consists of several disc packs 1 together, in turn, of a plurality of stacked lamellae 3 be formed in the form of thin stamped metal sheets.

In jeder der Lamellen 3 sind im Bereich nahe dem Außenumfang im Wesentlichen rechteckige Ausstanzungen vorgesehen. Die übereinander gestapelten Lamellen 3 bilden durch die fluchtend angeordneten Ausstanzungen Ausnehmungen 5 innerhalb des Rotorkörpers 9. In each of the slats 3 are provided in the area near the outer periphery substantially rectangular cutouts. The stacked lamellae 3 form by the aligned arranged punched holes recesses 5 inside the rotor body 9 ,

In den Ausnehmungen 5 werden quaderförmige Permanentmagnete aufgenommen. Alternativ können quaderförmige Körper aus magnetisierbarem Material in die Ausnehmungen 5 eingebracht und nachträglich magnetisiert werden. Die quaderförmigen Magnete 7 weisen dabei eine Geometrie auf, die im Wesentlichen gleich der Geometrie der Ausnehmungen 5 ist, wobei die Magnete 7 geringfügig kleiner sind als die Ausnehmungen 5, um beim Einbringen der Magnete 7 in die Ausnehmungen 5 aufgrund eines ausreichenden seitlichen Spielraums ein Verklemmen oder Verkanten der Magnete 7 in den Ausnehmungen 5 zu vermeiden.In the recesses 5 be cuboid permanent magnets recorded. Alternatively, cuboidal bodies of magnetizable material in the recesses 5 be introduced and subsequently magnetized. The cuboid magnets 7 have a geometry that is substantially equal to the geometry of the recesses 5 is, where the magnets 7 are slightly smaller than the recesses 5 to bring in the magnets 7 in the recesses 5 due to a sufficient lateral clearance jamming or tilting of the magnets 7 in the recesses 5 to avoid.

Wie in der vereinfacht dargestellten teilweisen Draufsicht aus 2 ersichtlich, bildet sich aufgrund der im Vergleich zu den Ausnehmungen 5 kleineren Abmessungen der Magnete 7 angrenzend an die Magnete 7 ein Spalt 11. In diesen Spalt 11 wird beim Herstellen des Rotors ein thermoplastisches Material 13 eingespritzt und dieser Spalt auf diese Weise ausgefüllt. Das thermoplastische Material 13 wird hierzu auf eine erhöhte Temperatur erwärmt, um es in einen flüssigen oder zumindest plastisch verformbaren Zustand zu bringen. Um ein zu schnelles Auskühlen des thermoplastischen Materials 13 beim Einspritzen in die Ausnehmungen 5 zu vermeiden, kann auch der Rotorkörper 9 vorgewärmt werden. Durch ein nachfolgendes Abkühlen erstarrt das thermoplastische Material 13 und fixiert dadurch den angrenzenden Magneten 7 formschlüssig in der Ausnehmung 5.As in the simplified partial view from above 2 can be seen, forms due to the compared to the recesses 5 smaller dimensions of the magnets 7 adjacent to the magnets 7 A gap 11 , In this gap 11 becomes a thermoplastic material during manufacture of the rotor 13 injected and filled this gap in this way. The thermoplastic material 13 is heated to an elevated temperature in order to to bring it into a liquid or at least plastically deformable state. Too rapid cooling of the thermoplastic material 13 when injecting into the recesses 5 The rotor body can also be avoided 9 to be preheated. By subsequent cooling, the thermoplastic material solidifies 13 and thereby fixes the adjacent magnet 7 positively in the recess 5 ,

Um dem thermoplastischen Material 13 auch magnetische Eigenschaften zu geben und somit zu verhindern, dass der Spalt 11 magnetisch als Luftspalt wirkt, können dem thermoplastischen Material 13 magnetische oder magnetisierbare Partikel beispielsweise in Form eines Eisenpulvers beigemischt werden. Die Größe der Partikel und ihr Volumenanteil in dem thermoplastischen Material können dabei an die zu erzielenden magnetischen Eigenschaften und/oder rheologischen angepasst werden. Beispielsweise können Partikelgrößen von 5µm bis 50µm und Volumenanteile im Bereich von 20% bis 70% verwendet werden. Statt Eisen können auch andere ferromagnetische oder magnetisierbare Materialien für die Partikel verwendet werden.To the thermoplastic material 13 also give magnetic properties and thus prevent the gap 11 magnetically acts as an air gap, the thermoplastic material 13 magnetic or magnetizable particles are mixed, for example in the form of an iron powder. The size of the particles and their volume fraction in the thermoplastic material can be adapted to the magnetic properties to be achieved and / or rheological. For example, particle sizes of 5 .mu.m to 50 .mu.m and volume fractions in the range of 20% to 70% can be used. Instead of iron, other ferromagnetic or magnetizable materials can be used for the particles.

In einer alternativen Ausgestaltung (nicht zeichnerisch dargestellt) wird auf die Verwendung einstückiger Permanentmagnete bzw. einstückiger Körper aus magnetisierbarem Material verzichtet. Stattdessen wird die gesamte Ausnehmung 5 mit einem thermoplastischen Material aufgefüllt, das aufgrund der darin eingelagerten magnetischen oder magnetisierbaren Partikel nach dem Aushärten selbst als Magnet dienen kann. Obwohl die von einem solchen thermoplastischen Material erzeugbare Magnetfeldstärke in der Regel geringer sein wird, als dies bei einstückigen Permanentmagnet-Körpern der Fall ist, kann der verringerte Herstellungsaufwand eine solche Bildung von einspritzbaren Magneten, die im Spritzgussverfahren in die Ausnehmungen 5 eingebracht werden können, rechtfertigen.In an alternative embodiment (not shown in the drawing) is dispensed with the use of one-piece permanent magnets or one-piece body made of magnetizable material. Instead, the entire recess 5 filled with a thermoplastic material, which can serve as a magnet itself after curing due to the embedded therein magnetic or magnetizable particles. Although the magnetic field strength that can be generated by such a thermoplastic material will generally be lower than is the case with one-piece permanent magnet bodies, the reduced manufacturing outlay can be the formation of injectable magnets that are injection-molded into the recesses 5 be justified.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102009054584 A1 [0006] DE 102009054584 A1 [0006]

Claims (10)

Rotor (15) für eine Elektromaschine, aufweisend: einen Rotorkörper (9) mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen (5); eine Mehrzahl von Magneten (7), die in den Ausnehmungen (5) des Rotorkörpers (9) aufgenommen sind; dadurch gekennzeichnet, dass die Magneten (7) wenigstens teilweise von einem thermoplastischen Material (13) umgeben sind und durch dieses in den Ausnehmungen (5) fixiert sind.Rotor ( 15 ) for an electric machine, comprising: a rotor body ( 9 ) with a plurality of recesses ( 5 ); a plurality of magnets ( 7 ) in the recesses ( 5 ) of the rotor body ( 9 ) are included; characterized in that the magnets ( 7 ) at least partially of a thermoplastic material ( 13 ) are surrounded and by this in the recesses ( 5 ) are fixed. Rotor nach Anspruch 1, wobei das thermoplastische Material (13) ein thermoplastisches Elastomer ist.Rotor according to claim 1, wherein the thermoplastic material ( 13 ) is a thermoplastic elastomer. Rotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das thermoplastische Material (13) magnetische oder magnetisierbare Partikel enthält.Rotor according to one of claims 1 or 2, wherein the thermoplastic material ( 13 ) contains magnetic or magnetizable particles. Rotor nach Anspruch 3, wobei das thermoplastische Material (13) einen Anteil von zwischen 10 und 90 vol-% an magnetischen oder magnetisierbaren Partikeln enthält.Rotor according to claim 3, wherein the thermoplastic material ( 13 ) contains between 10 and 90% by volume of magnetic or magnetisable particles. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jeder der Magnete (7) vollständig aus permanentmagnetischem Material besteht und eine zugehörige Ausnehmung (5) bis auf einen angrenzenden Spalt (11) ausfüllt und wobei der Spalt (11) mit dem thermoplastischen Material (13) ausgefüllt ist.Rotor according to one of claims 1 to 4, wherein each of the magnets ( 7 ) completely made of permanent magnetic material and an associated recess ( 5 ) except for an adjacent gap ( 11 ) and where the gap ( 11 ) with the thermoplastic material ( 13 ) is filled out. Rotor nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei mit permanentmagnetischen Partikeln versetztes thermoplastisches Material (13) eine Ausnehmung (5) in dem Rotorkörper (9) vollständig ausfüllt.Rotor according to one of claims 3 or 4, wherein thermoplastic material mixed with permanent magnetic particles ( 13 ) a recess ( 5 ) in the rotor body ( 9 ) completely. Verfahren zum Herstellen eines Rotors (15) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, aufweisend: Bereitstellen eines Rotorkörpers (9) mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen (5); Anordnen und Fixieren einer Mehrzahl von Magneten (7) in den Ausnehmungen (5) des Rotorkörpers (9); dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (7) durch Einspritzen eines thermoplastischen Materials (13) in den Ausnehmungen (5) des Rotorkörpers (9) fixiert werden.Method for producing a rotor ( 15 ) according to one of claims 1 to 6, comprising: providing a rotor body ( 9 ) with a plurality of recesses ( 5 ); Arranging and fixing a plurality of magnets ( 7 ) in the recesses ( 5 ) of the rotor body ( 9 ); characterized in that the magnets ( 7 ) by injecting a thermoplastic material ( 13 ) in the recesses ( 5 ) of the rotor body ( 9 ) are fixed. Verfahren nach Anspruch 7, wobei jeder der Magnete (7) vollständig aus permanentmagnetischem Material besteht und eine zugehörige Ausnehmung (5) bis auf einen angrenzenden Spalt (11) ausfüllt und wobei der Spalt (11) durch Einspritzen des thermoplastischen Materials (13) in den Spalt (11) ausgefüllt wird.The method of claim 7, wherein each of the magnets ( 7 ) completely made of permanent magnetic material and an associated recess ( 5 ) except for an adjacent gap ( 11 ) and where the gap ( 11 ) by injecting the thermoplastic material ( 13 ) in the gap ( 11 ) is completed. Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine Ausnehmung (5) in dem Rotorkörper vollständig mit mit magnetischen Partikeln versetztem thermoplastischem Material (13) ausfüllt wird.Method according to claim 7, wherein a recess ( 5 ) in the rotor body completely with magnetic particles mixed with thermoplastic material ( 13 ). Elektromaschine ( ), aufweisend: einen Stator, einen relativ zu dem Stator um eine Rotationsachse rotierbaren Rotor (15) dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (15) als ein Rotor (15) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.Electric machine (10) comprising: a stator, a rotor rotatable about a rotation axis relative to the stator ( 15 ) characterized in that the rotor ( 15 ) as a rotor ( 15 ) is formed according to one of claims 1 to 6.
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