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Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik sind, wie in der
EP 1 768 229 A1 beschrieben, ein Rotorkern einer rotierenden elektrischen Maschine und ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt. Der Rotorkern wird durch Stapeln einer Mehrzahl von Zuschnitten aus Stahlblech gebildet. Die Zuschnitte weisen jeweils ein Joch, einen magnetischen Polabschnitt gegenüber des Jochs und dazwischen eine Tasche zum Einfügen eines Magneten auf. Der magnetische Polabschnitt weist an zwei Umfangsseiten vorspringende Abschnitte auf.
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In der
EP 2 437 377 A1 wird ein Permanentmagnet-Rotor für einen Elektromotor beschrieben. Der Permanentmagnet-Rotor umfasst eine Vielzahl von aufeinander gestapelten Einzellamellen mit Ausnehmungen, welche gemeinsam Magnettaschen ausbilden, welche in Umfangsrichtung am Rotor verteilt sind und sich in Stapelrichtung der Einzellamellen axial am Rotor erstrecken. In die Magnettaschen sind Permanentmagnete eingesetzt. Zumindest eine über die axiale Erstreckung eines Permanentmagneten am Rotor überstehende Einzellamelle wird im Bereich der Ausnehmung unter Ausbildung eines Verformungsabschnitts verformt, wobei der Verformungsabschnitt diesen Permanentmagnet an dessen Stirnseite überdeckt.
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Aus der
DE 10 2010 041 585 A1 ist ein Rotor einer elektrischen Maschine bekannt. Der Rotor weist Permanentmagnete auf, die am Umfang eines Rotorkörpers angeordnet sind. Die Permanentmagnete sind mittels einer Vielzahl von Taschen positioniert, wobei eine Tasche unlösbar mit einem Rotorkörper verbunden ist.
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In der
DE 10 2011 018 619 A1 wird eine Blechpaketanordnung für einen Rotor einer elektrischen Maschine beschrieben. Die Blechpaketanordnung umfasst eine Vielzahl von aufeinander gestapelten Blechschichten, welche jeweils aus zumindest zwei kreisringsegmentförmigen Blechteilen gebildet sind, die in Umfangsrichtung über jeweilige Stirnseiten mittels einer Verbindungsanordnung miteinander verbunden sind. Die Verbindungsanordnung umfasst mindestens zwei in radialer Richtung voneinander beabstandet angeordnete Verbindungen, mittels welcher die jeweiligen Stirnseiten formschlüssig miteinander verbunden sind.
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Aus der
US 2008/0129129 A1 sind eine elektrische Rotationsmaschine mit Permanentmagneten, eine Windkraftanlage und ein Verfahren zum Magnetisieren eines Permanentmagneten bekannt. Die elektrische Rotationsmaschine weist einen Permanentrotor und einen Stator auf, wobei eine Mehrzahl Permanentmagnete in einem Rotoreisenkern entlang dessen Peripherie jeweils mit abwechselnder Polarität angeordnet sind.
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In der
DE 10 2010 043 575 A1 wird ein Rotor für eine Elektromaschine beschrieben. Der Rotor umfasst ein Lamellenpaket, das am Umfang des Rotors angeordnete Magnettaschen zur Aufnahme von Permanentmagneten aufweist. Radial außerhalb von jeder Magnettasche sind Rotorstege ausgebildet. In jeder Magnettasche ist zumindest ein Auflager ausgebildet, an dem die Fliehkraft des Permanentmagneten zumindest mittelbar auf den Rotorsteg einwirkt. Zumindest in einer Magnettasche sind zwei voneinander getrennte Auflager vorgesehen, wobei in Umfangsrichtung des Rotors gesehen zwischen den beiden Auflagern ein radialer Abstand zwischen dem Rotorsteg und dem Permanentmagneten vorgesehen ist.
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Aus der
WO 2011/055582 A1 sind eine dynamoelektrische Maschine und ein Kraftfahrzeug bekannt Die dynamoelektrische Maschine umfasst einen Stator, der einen Statorkern mit einer Statorwicklung aufweist. Des Weiteren umfasst die dynamoelektrische Maschine einen Rotor, welcher bezüglich des Stators drehbar gelagert ist. Der Rotor weist einen Rotorkern mit einer Vielzahl von magnetischen Polen auf, wobei die magnetischen Pole jeweils eine Tasche aufweisen, in der ein Permanentmagnet angeordnet ist.
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In der
WO 2009/142060 A1 werden ein Permanentmagnetmotor, ein Kompressor und eine Kühlkreislaufeinheit beschrieben. Der Rotor des Permanentmagnetmotors weist Aufnahmetaschen für Permanentmagnete auf, wobei ein kleiner Spalt zwischen einem inneren peripheren Bereich eines Schlitzes und einer Aufnahmetasche besteht und ein kleiner Spalt zwischen einem äußeren peripheren Endbereich jedes Schlitzes und einer äußeren Umfangskante des Rotors besteht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen verbesserten Rotor für eine elektrische Maschine anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Rotor für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein Rotor für eine elektrische Maschine umfasst einen Rotorgrundkörper. In dem Rotorgrundkörper sind eine Mehrzahl Aufnahmetaschen ausgebildet, in denen jeweils ein Permanentmagnet angeordnet ist. Zwischen den Aufnahmetaschen sind Aussparungen ausgebildet.
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Erfindungsgemäß sind Seitenflächen der Permanentmagnete zumindest bereichsweise von Seitenwänden der jeweiligen Aufnahmetasche beabstandet. Zudem erstrecken sich die Aussparungen erfindungsgemäß in radialer Richtung des Rotors bzw. des Rotorgrundkörpers jeweils im Wesentlichen über eine gesamte radiale Ausdehnung benachbarter Aufnahmetaschen. Des Weiteren ist erfindungsgemäß eine Mindestbreite der jeweiligen Aussparung wesentlich breiter als eine Maximalbreite angrenzender Seitenwände benachbarter Aufnahmetaschen, insbesondere entspricht die Mindestbreite der jeweiligen Aussparung mindestens dem Dreifachen der Maximalbreite der angrenzenden Seitenwände der benachbarten Aufnahmetaschen.
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Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine bessere Ausnutzung eines magnetischen Flusses der Permanentmagnete bei einem derartigen Rotor, d. h. bei einem Rotor mit so genannten vergrabenen Magneten. Vergrabene Magnete sind im Rotorgrundkörper angeordnet und in radialer Richtung von Rotorgrundkörpermaterial überdeckt.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung wird nahezu der magnetische Fluss eines Rotors mit Oberflächenmagneten erreicht. Ein solcher Rotor mit Oberflächenmagneten, welche auf einer Oberfläche des Rotors angeordnet und daher insbesondere in Richtung eines Stators der elektrischen Maschine nicht mit dem Rotorgrundkörpermaterial überdeckt sind, stellt ein Optimum der Ausnutzung des magnetischen Flusses der Permanentmagnete dar, ist jedoch insbesondere für Fahrzeuganwendungen weniger geeignet. Deshalb werden für Fahrzeuganwendungen, insbesondere für elektrische Antriebsmaschinen von Fahrzeugen, Rotoren mit vergrabenen Magneten verwendet.
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Die erfindungsgemäße Lösung stellt einen optimierten Rotor dar, insbesondere zur Verwendung in einer elektrischen Maschine für ein Fahrzeug, als elektrischer Antriebsmotor und/oder elektrischer Generator. Durch die bessere Ausnutzung des magnetischen Flusses der Permanentmagnete ist weniger Magnetmaterial für die Permanentmagnete erforderlich, wodurch Kosten für den Rotor reduziert sind.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Rotors für eine elektrische Maschine,
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2 eine Detailansicht von 1,
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3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Rotors für eine elektrische Maschine,
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4 eine Detailansicht von 3,
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5 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Rotors für eine elektrische Maschine, und
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6 eine Detailansicht von 5.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 bis 6 zeigen Ausführungsbeispiele eines Rotors 1 für eine nicht näher dargestellte elektrische Maschine, wobei 2 eine Detailansicht des in 1 dargestellten Rotors 1, 4 eine Detailansicht des in 3 dargestellten Rotors 1 und 6 eine Detailansicht des in 5 dargestellten Rotors 1 zeigt. Der Rotor 1 ist insbesondere für eine permanent erregte Synchronmaschine geeignet. Derartige elektrische Maschinen werden beispielsweise für einen Fahrzeugantrieb verwendet.
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In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Rotor 1 jeweils als ein so genannter Innenläufer ausgebildet, d. h. er ist in der elektrischen Maschine von einem nicht dargestellten Stator der elektrischen Maschine umschlossen. Die im Folgenden anhand der dargestellten Ausführungsbeispiele beschriebenen Ausbildungen des Rotors 1 sind jedoch auch für einen so genannten Außenläufer geeignet, d. h. für einen Rotor 1, der einen Stator der elektrischen Maschine umschließt.
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Der Rotor 1 für die elektrische Maschine umfasst einen Rotorgrundkörper 2 mit einer Mehrzahl von darin ausgebildeten Aufnahmetaschen 3, auch als Magnettaschen bezeichnet, in denen jeweils ein Permanentmagnet 4 angeordnet ist. Die Permanentmagnete 4 sind zur Drehmomentübertragung auf den Rotor 1 in einem dem Stator der elektrischen Maschine zugewandten Bereich des Rotorgrundkörpers 2 angeordnet, d. h. bei dem hier dargestellten, als Innenläufer ausgebildeten Rotor 1 sind die Aufnahmetaschen 3 für die Permanentmagnete 4 entsprechend im Bereich eines Außenumfangs des Rotorgrundkörpers 2 in diesem ausgebildet und bei einem hier nicht dargestellten, als Außenläufer ausgebildeten Rotor 1 sind die Aufnahmetaschen 3 für die Permanentmagnete 4 entsprechend im Bereich eines Innenumfangs des Rotorgrundkörpers 2 in diesem ausgebildet.
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Seitenflächen 5 der Permanentmagnete 4 sind zumindest bereichsweise von Seitenwänden 6 der jeweiligen Aufnahmetasche 3 beabstandet. Zudem sind zwischen den Aufnahmetaschen 3 Aussparungen 7 ausgebildet, welche sich in radialer Richtung des Rotors 1 bzw. des Rotorgrundkörpers 2 jeweils im Wesentlichen über eine gesamte radiale Ausdehnung benachbarter Aufnahmetaschen 3 erstrecken, d. h. die gesamte radiale Ausdehnung benachbarter Aufnahmetaschen 3 überdecken. Im in den 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Aussparungen 7 in radialer Richtung des Rotors 1 bzw. des Rotorgrundkörpers 2 jeweils im Wesentlichen bis auf Höhe einer Unterseite und bis auf Höhe einer Oberseite benachbarter Aufnahmetaschen 3, in den beiden in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen erstrecken sich die Aussparungen 7 in radialer Richtung des Rotors 1 bzw. des Rotorgrundkörpers 2 jeweils im Wesentlichen von einem Außenrand des Rotorgrundkörpers 2 bis auf Höhe einer Unterseite benachbarter Aufnahmetaschen 3 Eine Mindestbreite der jeweiligen Aussparung 7 ist dabei wesentlich breiter als eine Maximalbreite angrenzender Seitenwände 6 benachbarter Aufnahmetaschen 3, insbesondere entspricht die Mindestbreite der jeweiligen Aussparung 7 mindestens dem Dreifachen der Maximalbreite der angrenzenden Seitenwände 6 der benachbarten Aufnahmetaschen 3.
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Diese Ausbildung des Rotors 1 ermöglicht eine bessere Ausnutzung eines magnetischen Flusses der Permanentmagnete 4 bei einem derartigen Rotor 1, d. h. bei einem Rotor 1 mit so genannten vergrabenen Permanentmagneten 4. Vergrabene Permanentmagnete 4 sind im Rotorgrundkörper 2 angeordnet und in radialer Richtung von Rotorgrundkörpermaterial überdeckt. Durch die beschriebene Ausbildung des Rotors 1 wird nahezu der magnetische Fluss eines Rotors mit Oberflächenmagneten erreicht. Ein solcher Rotor mit Oberflächenmagneten, welche auf einer Oberfläche des Rotors angeordnet und daher insbesondere in Richtung des Stators der elektrischen Maschine nicht mit dem Rotorgrundkörpermaterial überdeckt sind, stellt ein Optimum der Ausnutzung des magnetischen Flusses der Permanentmagnete 4 dar, ist jedoch insbesondere für Fahrzeuganwendungen weniger geeignet. Deshalb werden für Fahrzeuganwendungen, insbesondere für elektrische Antriebsmaschinen von Fahrzeugen, Rotoren 1 mit vergrabenen Permanentmagneten 4 verwendet.
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Durch die beschriebene Ausbildung ist der Rotor 1 optimiert, insbesondere hinsichtlich der Verwendung in einer elektrischen Maschine für ein Fahrzeug, als elektrischer Motor und/oder elektrischer Generator. Eine Führung und Leitung des magnetischen Flusses im und aus dem Rotor 1 ist optimiert und zudem sind der magnetische Fluss und die Permanentmagnete 4 durch die Ausbildung des Rotors 1 besser geschützt. Durch die bessere Ausnutzung des magnetischen Flusses der Permanentmagnete 4 ist weniger Magnetmaterial für die Permanentmagnete 4 erforderlich, wodurch Kosten für den Rotor 1 reduziert sind.
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Der Rotorgrundkörper 2 ist zweckmäßigerweise aus einer Mehrzahl in axialer Richtung aufgeschichteter Blechlagen ausgebildet, welche zu Blechpaketen verbunden sind. Dabei ist besonders vorteilhaft die Form des Rotors 1, genauer gesagt des Rotorgrundkörpers 2, aus den Blechen ausgestanzt, insbesondere auch die Aufnahmetaschen 3 und die Aussparungen 7, d. h. Umrandungen der Aufnahmetaschen 3 und restliche Bereiche des jeweiligen Blechs sind aus einem Stück ausgebildet. Daher sind insbesondere die auch als Magnettaschen bezeichneten Aufnahmetaschen 3 einstückig im Blech ausgebildet. Die Blechlagen sind dabei an gleichen Rotorpositionen gleichartig ausgeformt, d. h. insbesondere die Aufnahmetaschen 3 und Aussparungen 7 sind zweckmäßigerweise in allen Blechlagen identisch.
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Jede Blechlage kann aus einem einzelnen Blech ausgebildet sein, zweckmäßigerweise ausgestanzt, oder aus einer Mehrzahl von zweckmäßigerweise entsprechend ausgestanzten Segmenten. Bei einem aus einer Mehrzahl von Segmenten gebildeten Rotor 1 sind die Segmente beispielsweise in einem so genannten Brick Wall Verfahren aufeinander geschichtet, um den Rotorgrundkörper 2 auszubilden, d. h. die Segmente verschiedener Blechlagen sind versetzt zueinander aufgeschichtet. Alternativ können die Segmente auch zunächst zu Einzelsegment-Blechpaketen aufeinandergeschichtet sein und danach die Einzelsegment-Blechpakete zur Ausbildung des Rotorgrundkörpers 2 zusammengesetzt sein. Das beschriebene Ausstanzen und Zusammenfügen zu einem Rotor 1 bzw. Rotorgrundkörper 2 erfolgt in einem entsprechenden Verfahren zu dessen Herstellung.
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Durch die Aufnahmetaschen 3, welche in axialer Richtung des Rotors 1 im Rotorgrundkörper 2 ausgebildet sind, sind die Permanentmagnete 4 in ihrer radialen und umfänglichen Position im Rotorgrundkörper 2 gehalten und gegen auf sie wirkende Fliehkräfte bei sich drehendem Rotor 1 abgestützt. Da die Permanentmagnete 4 im Rotorgrundkörper 2 vergraben sind, so dass Blech des Rotorgrundkörpers 2 zwischen dem jeweiligen Permanentmagnet 4 und einem Luftspalt zwischen dem Rotor 1 und dem Stator der elektrischen Maschine angeordnet ist, ist der magnetische Fluss zwar etwas geschwächt, aber durch das Blech ist der jeweilige Permanentmagnet 4 vor Einflüssen eines magnetischen Gegenfeldes des stromdurchflossenen Stators besser geschützt, so dass eine Gefahr von Entmagnetisierungen der Permanentmagnete 4 durch Magnetfeldspitzen des Statorfeldes reduziert ist.
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Zur Optimierung des magnetischen Flusses ist eine Stärke des Bleches über dem jeweiligen Permanentmagnet 4, d. h. zwischen dem jeweiligen Permanentmagnet 4 und dem Luftspalt, sehr gering, jedoch noch derart dick, dass der jeweilige Permanentmagnet 4 in allen Betriebszuständen der elektrischen Maschine, insbesondere bei allen erreichbaren Drehgeschwindigkeiten des Rotors 1, mechanisch sicher gehalten ist und insbesondere keine strukturellen Brüche oder Belastungsbrüche auftreten. Dies gilt auch für die Seitenwände 6 der Aufnahmetaschen 3. Diese sind derart ausgebildet, dass sie sich auch in den Betriebszuständen der elektrischen Maschine, insbesondere bei allen erreichbaren Drehgeschwindigkeiten des Rotors 1, nicht verformen, so dass eine strukturelle Integrität des Rotors 1 erhalten bleibt.
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Das Blech über dem jeweiligen Permanentmagnet 4 bildet eine Außenwand 8 der jeweiligen Aufnahmetasche 3 und ist bei einem als Innenläufer ausgebildeten Rotor 1 an einer äußeren Peripherie des Rotorgrundkörpers 2 ausgebildet und bei einem als Außenläufer ausgebildeten Rotor 1 entsprechend an einer inneren Peripherie des Rotorgrundkörpers 2 ausgebildet. Dabei sind die Außenwände 8 der Aufnahmetaschen 3 auf einer gemeinsamen Kreislinie angeordnet, genauer gesagt sind zumindest Außenseiten der Außenwände 8 auf einer gemeinsamen Kreislinie angeordnet, welche einen Außenumfang des als Innenläufer ausgebildeten Rotors 1 oder einen Innenumfang des als Außenläufer ausgebildeten Rotors 1 bildet. Die Außenwände 8 weisen dabei bevorzugt jeweils über ihre gesamte Länge hinweg eine gleichmäßige oder nahezu gleichmäßige Dicke auf. In den dargestellten Ausführungsbeispielen sind sie lediglich in einem mittleren Bereich gegenüber den Randbereichen leicht verdickt ausgebildet, um den jeweiligen Permanentmagnet 4, welcher quaderförmig ausgebildet ist, mit der gesamten jeweiligen Außenwand 8 vollflächig abzustützen, d. h. durch diese Ausbildung der Außenwände 8 liegen diese über ihre gesamte Länge am jeweiligen Permanentmagnet 4 an.
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Des Weiteren ist durch die beschriebene Ausbildung des Rotorgrundkörpers 2, insbesondere durch die in der beschriebenen Weise ausgebildeten Aussparungen 7 und durch die Ausbildung der Aufnahmetaschen 3 derart, dass die Seitenflächen 5 der Permanentmagnete 4 zumindest bereichsweise von den Seitenwänden 6 der jeweiligen Aufnahmetasche 3 beabstandet sind, eine magnetische Flusssperre zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbart im Rotorgrundkörper 2 angeordneten Permanentmagneten 4 optimiert. Dabei ist die Flusssperre durch die Aussparungen 7, welche eine gesamte radiale Erstreckung benachbarter Aufnahmetaschen 3 überdecken, und zudem durch den Zwischenraum gebildet, welcher durch die zumindest bereichsweise von den Seitenwänden 6 der jeweiligen Aufnahmetasche 3 beabstandeten Seitenflächen 5 der Permanentmagnete 4 gebildet ist. Die magnetische Flusssperre vermindert oder verhindert den magnetischen Fluss von einem Permanentmagneten 4 auf direktem Weg zum jeweils benachbarten Permanentmagneten 4.
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Alle Formen der Aussparungen 7 und insbesondere der Aufnahmetaschen 3 sind abgerundet ausgebildet, zumindest leicht abgerundet, bevorzugt abgerundet ausgestanzt, d. h. es sind keine scharfen Ecken und Kanten vorhanden. Dies ermöglicht eine leichtere, einfache und schnelle Herstellung des Rotorgrundkörpers 2 bzw. der Bleche zur Ausbildung des Rotorgrundkörpers 2 durch Stanzen. Des Weiteren ist auf diese Weise eine Gefahr einer strukturellen Schwächung und einer Ausbildung von Einrisskanten gemindert und die Stabilität und strukturelle Integrität des Rotors 1 ist verbessert.
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Im in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Seitenwände 6 der Aufnahmetaschen 3 gekrümmt ausgebildet, im dargestellten Beispiel insbesondere S-förmig. Dadurch sind die Seitenflächen 5 der Permanentmagnete 4 zumindest bereichsweise von den Seitenwänden 6 der jeweiligen Aufnahmetasche 3 beabstandet und gleichzeitig liegt ein unterer Bereich der jeweiligen Seitenwand 6 am jeweiligen Permanentmagnet 4 an, so dass dieser in Umfangsrichtung des Rotorgrundkörpers 2 in der Aufnahmetasche 3 positioniert und sicher gehaltert ist. Um dies zu erreichen, ist der untere Bereich der jeweiligen Seitenwand 6 nach innen in Richtung der Aufnahmetasche 3 gezogen und sowohl außen als auch innen gleichmäßig abgerundet, so dass die Seitenwand 6 selbst eine im Wesentlichen gleich bleibende Breite aufweist.
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Durch diese gekrümmte Ausbildung der Seitenwände 6 ist in diesem unteren Bereich die an die jeweilige Seitenwand 6 angrenzende Aussparung 7 gegenüber einem oberen Bereich verbreitert. An diesen unteren Bereich der jeweiligen Seitenwand 6 angrenzend ist an einer von dem Stator der elektrischen Maschine abgewandten Seite der Aufnahmetasche 3, bei dem dargestellten als Innenläufer ausgebildeten Rotor 1 an der Unterseite der Aufnahmetasche 3, zusätzlich eine Vertiefung 9 ausgebildet. Bei einem als Außenläufer ausgebildeten Rotor 1 sind die Vertiefungen 9 entsprechend in der Oberseite der jeweiligen Aufnahmetasche 3 ausgebildet.
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Durch diese gekrümmte Ausbildung der Seitenwände 6, so dass diese im unteren, vom Stator der elektrischen Maschine abgewandten Bereich nach innen in Richtung der Aufnahmetasche 3 gezogen sind, ist trotz der gekrümmten Ausformung der Seitenwände 6 die Aufnahme eines quaderförmigen oder rechteckigen Permanentmagneten 4 in der jeweiligen Aufnahmetasche 3 ermöglicht, wobei die Seitenwände 6 in diesem in Richtung der Aufnahmetasche 3 gezogenen Bereich parallel und bündig am jeweiligen Permanentmagneten 4 anliegen und diesen in der Position in Umfangsrichtung des Rotorgrundkörpers 2 fixieren. Auch der obere Bereich der Aufnahmetasche 3 ist sowohl innen als auch außen abgerundet ausgebildet, insbesondere der Übergang von den Seitenwänden 6 zur Außenwand 8 der jeweiligen Aufnahmetasche 3.
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Die gekrümmte, insbesondere S-förmige Ausbildung der Seitenwände 6 der Aufnahmetaschen 3 kann auch eine leichte, minimale Federwirkung, d. h. eine leichte elastische Verformung der Seitenwände 6, ermöglichen, damit die Permanentmagneten 4 zur Ausbildung des Rotors 1 in ihre jeweilige Aufnahmetasche 3 einzufügen sind. Nach dem Einsetzen des jeweiligen Permanentmagneten 4 sind dann die gekrümmten Seitenwände 6 jeweils leicht vorgespannt, so dass der jeweilige Permanentmagnet 4 in seiner Aufnahmetasche 3 verklemmt ist und dadurch sowohl formschlüssig als auch kraftschlüssig gehalten ist.
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Auch bei dieser Ausformung der Seitenwände 6 und deren leichter elastischer Verformung sind diese jedoch, wie bereits oben beschrieben, derart ausgebildet, dass sie allen Belastungen innerhalb aller möglichen Betriebssituationen des Rotors 1 bzw. der elektrischen Maschine standhalten und es nicht zu Belastungsbrüchen oder Ermüdungserscheinungen des Materials der Seitenwände 6 kommt. D. h. die Seitenwände 6 sind auch in dieser Ausführungsform derart ausgebildet, dass ein Bruch der Seitenwände 6 und eine Deformation oder Zerstörung der Aufnahmetaschen 3 vermieden ist.
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Die Aussparungen 7 sind in der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform als nutartige Vertiefungen ausgebildet, d. h. in Richtung des Stators der elektrischen Maschine geöffnet. Bei einem als Innenläufer ausgebildeten Rotor 1 sind die Aussparungen 7 daher in radialer Richtung nach außen geöffnet, wie hier dargestellt. Bei einem nicht dargestellten als Außenläufer ausgebildeten Rotor 1 wären sie dementsprechend in radialer Richtung nach innen geöffnet.
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In der in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsform sind die Seitenwände 6 der Aufnahmetaschen 3 geradlinig ausgebildet und verlaufen im Wesentlichen in radialer Richtung und/oder parallel zur angrenzenden Seitenfläche 5 des in der jeweiligen Aufnahmetasche 3 angeordneten Permanentmagneten 4. Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind die Aussparungen 7 nutartig ausgebildet, d. h. in Richtung des Stators der elektrischen Maschine geöffnet. Bei einem als Innenläufer ausgebildeten Rotor 1 sind die Aussparungen 7 daher in radialer Richtung nach außen geöffnet, wie hier dargestellt. Bei einem nicht dargestellten als Außenläufer ausgebildeten Rotor 1 wären sie dementsprechend in radialer Richtung nach innen geöffnet.
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Auch hier sind die Seitenwände 6 der Aufnahmetaschen 3 zu den Seitenflächen 5 des jeweiligen Permanentmagneten 4 in Umfangsrichtung des Rotorgrundkörpers 2 zumindest bereichsweise beabstandet, um den in der Aufnahmetasche 3 ausgebildeten Teil der magnetischen Flusssperre zu realisieren. Um die Positionierung und Halterung des Permanentmagneten 4 in Umfangsrichtung des Rotorgrundkörpers 2 innerhalb der Aufnahmetasche 3 zu ermöglichen, sind an den Seitenwänden 6 im unteren Bereich, d. h. im vom Stator der elektrischen Maschine abgewandten Bereich, Verdickungen 10 nach innen in Richtung der jeweiligen Aufnahmetasche 3 und somit in Richtung des in der jeweiligen Aufnahmetasche 3 angeordneten Permanentmagneten 4 ausgebildet, so dass zwischen den Verdickungen 10 der beiden Seitenwände 6 einer Aufnahmetasche 3 ein ausreichender Freiraum gebildet ist, um den Permanentmagneten 4 darin in Umfangsrichtung des Rotorgrundkörpers 2 mittig anzuordnen, wobei dann die Verdickungen 10 an den Seitenflächen 5 des Permanentmagneten 4 anliegen und diesen in Umfangsrichtung des Rotorgrundkörpers 2 positionieren, halten und sichern. D. h. der Freiraum zwischen den Verdickungen 10 in einer Aufnahmetasche 3 entspricht einer Breite des darin anzuordnenden Permanentmagneten 4.
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Angrenzend an diese Verdickungen 10 sind auch in diesem Ausführungsbeispiel an einer von dem Stator der elektrischen Maschine abgewandten Seite der Aufnahmetasche 3, bei dem dargestellten als Innenläufer ausgebildeten Rotor 1 an der Unterseite der Aufnahmetasche 3, jeweils eine Vertiefung 9 ausgebildet. Bei einem als Außenläufer ausgebildeten Rotor 1 sind die Vertiefungen 9 entsprechend in der Oberseite der jeweiligen Aufnahmetasche 3 ausgebildet.
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Die in den 5 und 6 dargestellte Ausführungsform stellt eine Erweiterung bzw. Verallgemeinerung der beiden anderen, in den 1 bis 4 dargestellten und bereits beschriebenen Ausführungsformen dar. In dieser Ausführungsform sind die Aussparungen 7 abgedeckt, d. h. in radialer Richtung verschlossen. D. h. die Aussparungen 7 sind jeweils an einem Rand des Rotorgrundkörpers 2, welcher einem Stator der elektrischen Maschine zugewandt ist, verschlossen. Bei einem als Innenläufer ausgebildeten Rotor 1 ist dies der äußere Rand des Rotorgrundkörpers 2, bei einem als Außenläufer ausgebildeten Rotor 1 ist dies entsprechend ein innerer Rand des Rotorgrundkörpers 2.
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Es handelt sich bei den Aussparungen 7 im in 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel also um abgedeckte nutartige Vertiefungen. Diese abgedeckte Ausbildung der Aussparungen 7 ist auch für die beiden in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen möglich, d. h. auch in diesen Ausführungsbeispielen könnten die Aussparungen 7 in radialer Richtung verschlossen ausgebildet sein. Durch eine derartige Abdeckung 11 der Aussparung 7 ist am äußeren Rand des Rotors 1 eine geschlossene, glatte Oberfläche eines Zylinders, d. h. eine Zylindermantelfläche, ausgebildet. Bei einem als Außenläufer ausgebildeten Rotor 1 würde entsprechend eine geschlossene Innenfläche, d. h. eine geschlossene Zylindermantelinnenfläche, ausgebildet sein.
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Durch die dünne Abdeckung 11 wird die Wirkung der durch die jeweilige Aussparung 7 ausgebildeten Flusssperre nicht wesentlich beeinträchtig, aber ohne Nutöffnungen entstehen weniger Verwirbelungen am Rotor 1 und zudem ist eine Stabilität der Aufnahmetaschen 3, insbesondere von deren Seitenwänden 6 und Außenwänden 8, verbessert, da sich die Seitenwände 6 und Außenwände 8 in Umfangsrichtung des Rotorgrundkörpers 2 nebeneinander ausgebildeter Aufnahmetaschen 3 über die Abdeckungen 11 der dazwischen ausgebildeten Aussparungen 7 gegenseitig abstützen.
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Die Kräfte, welche durch die in den Aufnahmetaschen 3 durch die Seitenwände 6 und Außenwände 8 gehaltenen Permanentmagnete 4 auf die Seitenwände 6 und die Außenwand 8 der jeweiligen Aufnahmetasche 3 einwirken, werden auf diese Weise über die Abdeckungen 11 abgeleitet und über den Umfang des Rotorgrundkörpers 2 verteilt, wobei sie sich teilweise gegenseitig aufheben, da auf die einzelnen Permanentmagnete 4 zu einem Zeitpunkt jeweils Magnetkräfte in unterschiedliche Richtungen einwirken, so dass durch die einzelnen Permanentmagnete 4 Kräfte in unterschiedliche Richtungen auf die jeweiligen Seitenwände 6 und Außenwände 8 einwirken. Durch die Ableitung dieser Kräfte mittels der Abdeckungen 11 der Aussparungen 7 entlang des Umfangs des Rotorgrundkörpers 2 wirken diese teilweise gegeneinander und können sich dadurch teilweise aufheben.
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Mit Ausnahme der Abdeckungen 11 der Aussparungen 7 entspricht die Ausbildung des in den 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiels im Wesentlichen dem in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel, d. h. auch hier sind die Seitenwände 6 der Aufnahmetaschen 3 geradlinig ausgebildet und verlaufen im Wesentlichen in radialer Richtung und/oder parallel zur angrenzenden Seitenfläche 5 des in der jeweiligen Aufnahmetasche 3 angeordneten Permanentmagneten 4. Auch hier sind die Seitenwände 6 der Aufnahmetaschen 3 zu den Seitenflächen 5 des jeweiligen Permanentmagneten 4 in Umfangsrichtung des Rotorgrundkörpers 2 zumindest bereichsweise beabstandet, um den in der Aufnahmetasche 3 ausgebildeten Teil der magnetischen Flusssperre zu realisieren.
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Um die Positionierung und Halterung des Permanentmagneten 4 in Umfangsrichtung des Rotorgrundkörpers 2 innerhalb der jeweiligen Aufnahmetasche 3 zu ermöglichen, sind auch hier an den Seitenwänden 6 im unteren Bereich, d. h. im vom Stator der elektrischen Maschine abgewandten Bereich, Verdickungen 10 nach innen in Richtung der jeweiligen Aufnahmetasche 3 und somit in Richtung des in der jeweiligen Aufnahmetasche 3 angeordneten Permanentmagneten 4 ausgebildet, so dass zwischen den Verdickungen 10 der beiden Seitenwände 6 einer Aufnahmetasche 3 ein ausreichender Freiraum gebildet ist, um den Permanentmagneten 4 darin in Umfangsrichtung des Rotorgrundkörpers 2 mittig anzuordnen, wobei dann die Verdickungen 10 an den Seitenflächen 5 des Permanentmagneten 4 anliegen und diesen in Umfangsrichtung des Rotorgrundkörpers 2 positionieren, halten und sichern. D. h. der Freiraum zwischen den Verdickungen 10 entspricht einer Breite des darin anzuordnenden Permanentmagneten 4.
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Angrenzend an diese Verdickungen 10 sind auch in diesem Ausführungsbeispiel an einer von dem Stator der elektrischen Maschine abgewandten Seite der Aufnahmetasche 3, bei dem dargestellten als Innenläufer ausgebildeten Rotor 1 an der Unterseite der Aufnahmetasche 3, jeweils eine Vertiefung 9 ausgebildet. Bei einem als Außenläufer ausgebildeten Rotor 1 sind die Vertiefungen 9 entsprechend in der Oberseite der jeweiligen Aufnahmetasche 3 ausgebildet.
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Die Abdeckungen 11 der Aussparungen 7, genauer gesagt die abgedeckten Aussparungen 7, sind ebenso leicht herzustellen wie die nutartig ausgebildeten Aussparungen 7, da die Form in einem oben bereits beschriebenen Verfahren zur Herstellung des Rotorgrundkörpers 2 bzw. des Rotors 1 durch Ausstanzen aus den Blechlagen herausgestanzt wird und so die Abdeckungen 11 ebenso wie die Seitenwände 6 und Außenwände 8 der Aufnahmetaschen 3 durch eine entsprechende Ausbildung der Stanzform und durch Ausstanzen der Blechlagen mittels dieser Stanzform hergestellt werden können.
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Bei diesen Ausführungsformen mit abgedeckten Aussparungen 7 ist ein Vollschnitt, d. h. eine vollständige runde, ringförmige Rotorform, welche als ein Stück aus den Blechlagen ausgestanzt wird, besonders vorteilhaft. Eine Segmentierung des Rotors 1 bzw. der einzelnen Blechlagen ist hier nicht zu verwenden bzw. wäre mit besonderen Schwierigkeiten verbunden, da Segmentgrenzen bei einer segmentierten Ausbildung des Rotorgrundkörpers 2 zweckmäßigerweise jeweils zwischen den Aufnahmetaschen 3 und dadurch im Bereich der Aussparungen 7 verlaufen. Dies würde zu einer Unterbrechung der Abdeckungen 11 durch die Segmentgrenzen führen. Daraus würden sich Fixierungsprobleme der Abdeckungen 11 an den Segmentgrenzen ergeben.
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Werden keine abgedeckten, sondern geöffnete nutartige Aussparungen 7 verwendet, so kann der Rotorgrundkörper 2, wie bereits beschrieben, sowohl in einem Vollschnitt ausgestanzt werden als auch als ein segmentierter Rotorgrundkörper 2 ausgebildet werden, wobei einzelne Segmente ausgestanzt und zum Rotorgrundkörper 2 zusammengesetzt werden. Bei einer segmentierten Ausbildung würden die Segmentgrenzen dann im Bereich der Aussparungen 7 verlaufen. Dies ist für die Stabilität des Rotors 1, insbesondere für die Stabilität der Aufnahmetaschen 3, technisch unproblematisch.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotor
- 2
- Rotorgrundkörper
- 3
- Aufnahmetasche
- 4
- Permanentmagnet
- 5
- Seitenfläche
- 6
- Seitenwand
- 7
- Aussparung
- 8
- Außenwand
- 9
- Vertiefung
- 10
- Verdickung
- 11
- Abdeckung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1768229 A1 [0002]
- EP 2437377 A1 [0003]
- DE 102010041585 A1 [0004]
- DE 102011018619 A1 [0005]
- US 2008/0129129 A1 [0006]
- DE 102010043575 A1 [0007]
- WO 2011/055582 A1 [0008]
- WO 2009/142060 A1 [0009]
