-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Maschine,
- – wobei der Rotor ein Rotorblechpaket aufweist, das eine Vielzahl von in einer Stapelrichtung übereinander gestapelten Rotorblechen aufweist, so dass das Rotorblechpaket sich in der Stapelrichtung von einem ersten axialen Endbereich zu einem zweiten axialen Endbereich erstreckt,
- – wobei die Rotorbleche in einer zur Stapelrichtung orthogonalen Querschnittsebene gesehen über ihren Umfang verteilt Ausnehmungen aufweisen,
- – wobei in den Ausnehmungen Permanentmagnete angeordnet sind, die sich vom ersten axialen Endbereich zum zweiten axialen Endbereich erstrecken,
- – wobei die Permanentmagnete in den Ausnehmungen mittels einer Vergussmasse fixiert sind.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Maschine, die einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei der Rotor wie vorstehend beschrieben ausgebildet ist.
-
Derartige Rotoren und die entsprechenden elektrischen Maschinen sind allgemein bekannt.
-
Permanenterregte elektrische Maschinen weisen einen Rotor auf, der aus Generatorblech paketiert ist. In das Rotorblechpaket sind Permanentmagnete eingeführt. Die Rotorbleche des Rotorblechpakets weisen zu diesem Zweck Ausnehmungen auf. Die Ausnehmungen können beispielsweise als Ausstanzungen ausgebildet sein.
-
Um die Permanentmagnete einfach und zuverlässig in die Ausnehmungen einführen zu können, sind die Ausnehmungen – orthogonal zur Stapelrichtung gesehen – etwas größer dimensioniert als die Permanentmagnete. Die Permanentmagnete müssen daher im Rotorblechpaket fixiert werden. Dies erfolgt durch Eingießen einer Vergussmasse in die Zwischenräume zwischen den Rotorblechen einerseits und den Permanentmagneten andererseits.
-
Im Stand der Technik wird zum Eingießen der Vergussmasse in die Zwischenräume wie folgt vorgegangen: Der Rotor wird lotrecht aufgestellt, so dass die einzelnen Rotorbleche horizontal verlaufen. Von oben wird sodann die Vergussmasse in die (in der Regel sehr kleinen) Zwischenräume zwischen den Rotorblechen und den Permanentmagneten eingegossen. Die Vergussmasse vernetzt sodann chemisch zu einem Feststoff. Dadurch werden die Permanentmagnete in den Ausnehmungen fixiert.
-
Die Vorgehensweise des Standes der Technik weist verschiedene Nachteile auf.
-
So ist das Vergießen ein sehr zeitaufwändiger Vorgang. Zum einen wird die Vergussmasse zu einem bestimmten Zeitpunkt nur jeweils in einen der Zwischenräume eingegossen. Es ist also für jeden Stapel übereinander angeordneter Permanentmagnete ein eigener Zyklus erforderlich. Weiterhin muss die Vergussmasse einerseits im (kleinen) Zwischenraum von oben nach unten fließen und muss andererseits im Gleichgewicht hierzu die im Zwischenraum befindliche Luft nach oben steigen. Das Befüllen des Zwischenraums kann also nur im Gleichgewicht zwischen Entlüftung einerseits und Nachfließen von Vergussmasse andererseits erfolgen.
-
Weiterhin ist es aufgrund der Vorgehensweise des Standes der Technik zwingend erforderlich, eine sehr dünnflüssige (niederviskose) Vergussmasse zu verwenden. Die Viskosität der Vergussmasse zum Zeitpunkt der Verarbeitung liegt in der Regel bei ca. 300 mPas (Millipascalsekunden). In vielen Fällen ist das Rotorblechpaket jedoch nicht ideal. Vielmehr bilden oftmals zumindest einige der unmittelbar benachbarten Rotorbleche zwischen sich jeweils eine Kavität. Aufgrund der Dünnflüssigkeit der verwendeten Vergussmasse füllen sich auch die Kavitäten mit der Vergussmasse. Weiterhin können sich – beispielsweise aufgrund schlechter Entlüftung – unter Umständen Blasen in der Vergussmasse bilden. Diese Blasen können unter Umständen erst mit erheblicher Verzögerung (teilweise mehrere Stunden) entweichen.
-
Dies hat zum einen zur Folge, dass die benötigte Menge an Vergussmasse nicht exakt vorher bestimmt werden kann. Es ist vielmehr erforderlich, die Vergusshöhe zu überprüfen und gegebenenfalls Vergussmasse nachzudosieren. Weiterhin kann es geschehen, dass die Vergussmasse (bezogen auf die Stapelrichtung) radial innen oder radial außen aus dem Rotorblechpaket austritt. Das Austreten der Vergussmasse aus dem Rotorblechpaket radial innen wird im Stand der Technik zumeist als unvermeidbar hingenommen. Zur Vermeidung des Austretens der Vergussmasse aus dem Rotorblechpaket radial außen wird im Stand der Technik oftmals auf eine sich um die Stapelrichtung herum erstreckende Mantelfläche des Rotorblechpakets ein Lack aufgebracht.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Rotor einer elektrischen Maschine und die zugehörige elektrische Maschine zu schaffen, welche herstellbar sind, ohne die obenstehend erläuterten Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.
-
Die Aufgabe wird durch einen Rotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Rotors sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 10.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, einen Rotor der eingangs genannten Art dadurch auszugestalten,
- – dass der Rotor im ersten axialen Endbereich eine Anzahl von Angusspunkten und eine Verteilungsstruktur aufweist und
- – dass die Vergussmasse dem Rotorblechpaket über die Anzahl von Angusspunkten zugeführt wird und in der zur Stapelrichtung orthogonalen Querschnittsebene gesehen mittels der Verteilungsstruktur zu den Ausnehmungen verteilt wird.
-
Dadurch ist es möglich, die Vergussmasse dem Rotorblechpaket über die Angusspunkte und die Verteilungsstruktur unter Druck von unten zuzuführen, so dass die Vergussmasse im Rotorblechpaket nach oben gedrückt wird. Durch diese Vorgehensweise werden die Nachteile des Standes der Technik vermieden. Insbesondere ist es möglich, eine hochviskose Vergussmasse zu verwenden. Beispielsweise kann die Viskosität der Vergussmasse zum Zeitpunkt der Verarbeitung – bezogen auf Raumtemperatur – bei 6 bis 10 Pas (Pascalsekunden) liegen, also um den Faktor 20 bis 33 größer sein als im Stand der Technik. Weiterhin ist es möglich, die Zwischenräume zwischen den Rotorblechen und den Permanentmagneten simultan und schnell mit der Vergussmasse zu füllen. Ein Abfließen der Vergussmasse in Kavitäten zwischen den einzelnen Rotorblechen tritt – wenn überhaupt – nur noch in sehr geringem Ausmaß auf. Ein seitliches Austreten aus dem Rotorblechpaket und eine Blasenbildung werden nahezu vollständig vermieden. Ein Lackieren der Mantelfläche ist daher ebenfalls entbehrlich.
-
Es ist möglich, dass die Ausnehmungen in der zur Stapelrichtung orthogonalen Querschnittsebene gesehen – zumindest teilweise – miteinander verbunden sind. Vorzugsweise jedoch sind die Ausnehmungen zumindest bei den zwischen den beiden axialen Endbereichen befindlichen Rotorblechen voneinander getrennt.
-
In der Regel weist der Rotor im ersten axialen Endbereich eine Endscheibe auf. Es ist möglich, dass die Angusspunkte in der Endscheibe angeordnet sind. Alternativ können die Angusspunkte in einer an die Endscheibe angrenzenden ersten Gruppe von Rotorblechen angeordnet sein.
-
Falls die Angusspunkte in der Endscheibe angeordnet sind, ist es möglich, dass auch die Verteilungsstruktur in der Endscheibe angeordnet ist. Alternativ kann die Verteilungsstruktur in einer an die Endscheibe angrenzenden Gruppe von Rotorblechen angeordnet sein.
-
Falls die Angusspunkte in der an die Endscheibe angrenzenden ersten Gruppe von Rotorblechen angeordnet sind, ist die Verteilungsstruktur in einer an die erste Gruppe von Rotorblechen angrenzenden zweiten Gruppe von Rotorblechen angeordnet.
-
Es ist möglich, dass die Angusspunkte, bezogen auf die Stapelrichtung, radial zugänglich sind. In der Regel sind die Angusspunkte jedoch axial zugänglich.
-
Die Anzahl an Angusspunkten kann nach Bedarf bestimmt sein. In Einzelfällen ist es möglich, dass die Anzahl an Angusspunkten gleich 1 ist. In der Regel ist die Anzahl an Angusspunkten jedoch größer als 1.
-
Das Rotorblechpaket weist eine sich um die Stapelrichtung herum erstreckende Mantelfläche auf. Aufgrund der neuartigen Art der Befüllung der Zwischenräume kann die Mantelfläche jedoch – im Gegensatz zum Stand der Technik – unlackiert sein.
-
Aufgrund der neuartigen Art der Befüllung der Zwischenräume ist weiterhin ohne weiteres erreichbar, dass die Vergussmasse blasenfrei ist.
-
In vielen Fällen bilden zumindest einige der unmittelbar benachbarten Rotorbleche zwischen sich jeweils eine Kavität. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist es jedoch ohne weiteres möglich, dass die Kavitäten nicht mit Vergussmasse gefüllt sind.
-
Die Aufgabe wird weiterhin durch eine elektrische Maschine gelöst, bei welcher der Rotor erfindungsgemäß ausgebildet ist.
-
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung:
-
1 eine elektrische Maschine,
-
2 einen Rotor,
-
3 ein Rotorblech,
-
4 ein Detail von 3,
-
5 und 6 je einen Querschnitt durch eine Endscheibe,
-
7 bis 9 je einen Querschnitt durch eine Gruppe von Rotorblechen,
-
10 das Füllen einer Vergussmasse in Ausnehmungen eines Rotors,
-
11 einen Schnitt längs einer Linie XI-XI in 4 und
-
12 einen Ausschnitt eines Rotorblechpakets.
-
Gemäß 1 weist eine elektrische Maschine einen Stator 1 und einen Rotor 2 auf. Der Rotor 2 ist in der Regel auf einer Rotorwelle 3 drehfest angeordnet, wobei die Rotorwelle 3 relativ zum Stator 1 um eine Rotationsachse 4 drehbar gelagert ist. Der weitere Aufbau der elektrischen Maschine ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung nur bezüglich des Rotors 2 relevant. Nachfolgend wird daher nur auf den Rotor 2 näher eingegangen.
-
Gemäß 2 weist der Rotor 2 ein Rotorblechpaket 5 auf. Das Rotorblechpaket 5 weist seinerseits eine Vielzahl von Rotorblechen 6 auf. Die Rotorbleche 6 sind in Richtung der Rotationsachse 4 übereinander gestapelt. Die Rotationsachse 4 definiert somit zugleich eine Stapelrichtung 4 für die Rotorbleche 6. Das Rotorblechpaket 5 erstreckt sich von einem ersten axialen Endbereich 7 zu einem zweiten axialen Endbereich 8. In beiden Endbereichen 7, 8 ist auf das Rotorblechpaket 5 eine Endscheibe 9 aufgesetzt. Die Endscheiben 9 begrenzen den Rotor 2 somit axial.
-
Die im zweiten axialen Endbereich 8 angeordnete Endscheibe 9 ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung von untergeordneter Bedeutung. Soweit nachfolgend ohne nähere Angabe nur eine der Endscheiben 9 erwähnt wird, ist stets die im ersten axialen Endbereich 7 angeordnete Endscheibe 9 gemeint.
-
3 zeigt eine Draufsicht auf eines der Rotorbleche 6. 3 zeigt also eines der Rotorbleche 6 in einer zur Stapelrichtung 4 orthogonalen Querschnittsebene gesehen. Zumindest die zwischen den Endbereichen 7, 8 befindlichen Rotorbleche 6 sind ebenso ausgebildet. Die im zweiten Endbereich 8 befindlichen Rotorbleche 6 können ebenso ausgebildet sein. Prinzipiell können auch die im ersten Endbereich 7 befindlichen Rotorbleche 6 so ausgebildet sein. Etwas anderes gilt nur, sofern nachfolgend in Verbindung mit den 7 bis 9 ausdrücklich eine anderweitige Gestaltung der dort befindlichen Rotorbleche 6 erläutert wird.
-
Gemäß 3 weist das dargestellte Rotorblech 6 über seinen Umfang verteilt Ausnehmungen 10 auf. In den Ausnehmungen 10 sind Permanentmagnete 11 angeordnet. Die Permanentmagnete 11 erstrecken sich – siehe 1 – vom ersten axialen Endbereich 7 zum zweiten axialen Endbereich 8.
-
Die Permanentmagnete 11 weisen – siehe insbesondere 4 – geringfügig kleinere Abmessungen auf als die Ausnehmungen 10. Die Permanentmagnete 11 sind daher in den Ausnehmungen 10 mittels einer Vergussmasse 12 fixiert.
-
Die Ausnehmungen 10 sind gemäß 3 voneinander getrennt. Diese Ausgestaltung ist bevorzugt. Alternativ könnten die Ausnehmungen 10 jedoch (zumindest gruppenweise) miteinander verbunden sein.
-
Der Rotor 2 weist im ersten axialen Endbereich 7 eine Anzahl von Angusspunkten 13 auf. Weiterhin weist der Rotor 2 im ersten axialen Endbereich 7 eine Verteilungsstruktur 14 auf. Für die Anordnung der Angusspunkte 13 und der Verteilungsstruktur 14 sind verschiedene Ausgestaltungen möglich, die nachstehend näher erläutert werden.
-
So ist es gemäß 5 beispielsweise möglich, dass die Angusspunkte 13 in der Endscheibe 9 angeordnet sind. In diesem Fall kann – siehe 6 – auch die Verteilungsstruktur 14 in der Endscheibe 9 angeordnet sein. In Stapelrichtung 4 gesehen befindet sich die Verteilungsstruktur 14 aber selbstverständlich zwischen den Angusspunkten 13 und den Rotorblechen 6. Alternativ ist es möglich, dass die Verteilungsstruktur 14 Bestandteil des Rotorblechpakets 5 ist. In diesem Fall ist die Verteilungsstruktur 14 gemäß 7 in einer Gruppe 15 von Rotorblechen 6 angeordnet, welche in der Stapelrichtung 4 gesehen unmittelbar an die Endscheibe 9 angrenzt. Die Anzahl an Rotorblechen 6, welche in der Gruppe 15 von Rotorblechen 6 (siehe 2) enthalten ist, kann nach Bedarf bestimmt sein. Es ist möglich, dass die Gruppe 15 von Rotorblechen 6 nur ein einziges Rotorblech 6 enthält. Alternativ kann die Gruppe 15 von Rotorblechen 6 mehrere Rotorbleche 6 enthalten, beispielsweise zwei bis sechs Rotorbleche 6. In Einzelfällen kann die Gruppe 15 von Rotorblechen 6 auch mehr als sechs Rotorbleche 6 enthalten.
-
Alternativ zu einer Anordnung der Angusspunkte 13 in der Endscheibe 9 können die Angusspunkte 13 gemäß 8 in der genannten Gruppe 15 von Rotorblechen 6 angeordnet sein, nachfolgend als erste Gruppe 15 von Rotorblechen 6 bezeichnet. In diesem Fall ist die Verteilungsstruktur 14 gemäß 9 in einer weiteren Gruppe 16 von Rotorblechen 6 angeordnet, nachfolgend als zweite Gruppe 16 von Rotorblechen 6 bezeichnet. Die zweite Gruppe 16 von Rotorblechen 6 grenzt in der Stapelrichtung 4 gesehen unmittelbar an die erste Gruppe 15 von Rotorblechen 6 an.
-
Analog zu den Ausführungen zu 7 können die Gruppen 15, 16 von Rotorblechen 6 ein einziges Rotorblech 6 enthalten. Alternativ können sie mehrere Rotorbleche 6 enthalten, beispielsweise zwei bis sechs Rotorbleche 6. Auch mehr als sechs Rotorbleche 6 sind in Einzelfällen möglich. Die Anzahl an Rotorblechen 6 der ersten Gruppe 15 von Rotorblechen 6 und die Anzahl an Rotorblechen 6 der zweiten Gruppe 16 von Rotorblechen 6 können gleich oder ungleich sein.
-
In dem in 6 dargestellten Bereich der Endscheibe 9 und dem in den 7 und 9 dargestellten Rotorblech 6 sind die Ausnehmungen 10 und die Angusspunkte 13 eigentlich nicht enthalten. Zur besseren Orientierung sind die Ausnehmungen 10 und die Angusspunkte 13 in den genannten Figuren jedoch gestrichelt eingezeichnet.
-
Sowohl bei der Anordnung der Angusspunkte 13 in der Endscheibe 9 als auch bei der Anordnung der Angusspunkte 13 in der ersten Gruppe 15 von Rotorblechen 6 sind die Angusspunkte 13, bezogen auf die Stapelrichtung 4, axial zugänglich. Insbesondere bei einer Anordnung der Angusspunkte 13 in der Endscheibe 9 könnte jedoch auch eine Zugänglichkeit in Radialrichtung gegeben sein. Weiterhin ist die Anzahl an Angusspunkten 13 gemäß den Darstellungen der 5 und 8 größer als 1. Die dargestellte Anzahl (drei Angusspunkte 13) ist jedoch rein beispielhaft. Insbesondere bei einer Anordnung der Angusspunkte 13 in der Endscheibe 9 könnte die Anzahl an Angusspunkten 13 alternativ gleich 1 sein.
-
Zum Füllen der Vergussmasse 12 in die Zwischenräume, die nach dem Einführen der Permanentmagnete 11 in die Ausnehmungen 10 verbleiben, wird gemäß 10 der Rotor 2 einschließlich der in den Ausnehmungen 10 angeordneten Permanentmagnete 11 vertikal orientiert. Der Rotor 2 wird also derart fixiert, dass die Stapelrichtung 4 lotrecht verläuft. Der erste axiale Endbereich 7 befindet sich in diesem Zustand unten. Sodann wird – beispielsweise mittels einer Pumpe 17 – über die Angusspunkte 13 aus einem Vorratsbehälter 18 die Vergussmasse 12 von unten in die Ausnehmungen 10 eingedrückt. Vorzugsweise wird die Vergussmasse 12 allen Angusspunkten 13 simultan zugeführt, so dass die Vergussmasse 12 über die Verteilungsstruktur 14 simultan allen Ausnehmungen 10 zugeführt wird. Um dies in 10 gut veranschaulichen zu können, zeigt 10 den Rotor 2 in einer abgerollten Darstellung.
-
Mittels der Verteilungsstruktur 14 wird die Vergussmasse 12 in der zur Stapelrichtung 4 orthogonalen Querschnittsebene gesehen zu den Ausnehmungen 10 verteilt.
-
Die Vergussmasse 12 weist während des Zuführens zum Rotor 2 vorzugsweise eine relativ hohe Viskosität auf. Beispielsweise kann die Vergussmasse 12 zum Verarbeitungszeitpunkt – bezogen auf Raumtemperatur – eine Viskosität von 6 Pas bis 10 Pas aufweisen.
-
Die Vergussmasse 12 steigt in den Ausnehmungen 10 nach oben. Sie verdrängt dadurch die Luft, die sich zuvor in den Ausnehmungen 10 befunden hat. Dies ist in 10 durch Pfeile 19 angedeutet. Durch diese Art der Befüllung der Ausnehmungen 10 ergibt sich eine vollständige oder zumindest nahezu vollständige Füllung der Ausnehmungen 10 mit der Vergussmasse 12. Die Vergussmasse 12 ist somit gemäß 11 blasenfrei oder zumindest fast blasenfrei.
-
Gemäß 12 kann es geschehen, dass unmittelbar benachbarte Rotorbleche 6 zwischen sich eine Kavität 20 bilden. Aufgrund der hohen Viskosität der Vergussmasse 12 fließt die Vergussmasse 12 jedoch nicht in die Kavität 20 ein. Die Kavität 20 ist daher nicht mit Vergussmasse 12 gefüllt.
-
Das Rotorblechpaket 5 weist gemäß den 2 und 3 eine Mantelfläche 21 auf. Im Stand der Technik ist die Mantelfläche 21 lackiert, damit die Vergussmasse 12 zumindest radial außen nicht aus dem Rotorblechpaket 5 austreten kann. Erfindungsgemäß fließt die Vergussmasse 12 jedoch bereits nicht in die Kavität 20. Sie kann daher auch ohne weitere Maßnahmen nicht radial außen aus dem Rotorblechpaket 5 austreten. Aus diesem Grund ist es nicht erforderlich, die Mantelfläche 21 zu lackieren. Die Mantelfläche 21 kann vielmehr unlackiert sein.
-
Gemäß 12 nur eine einzige Kavität 20 vorhanden. Es können jedoch selbstverständlich mehrere Kavitäten 20 vorhanden sein.
-
Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere ist auf schnelle und einfache Weise ein zuverlässiges Füllen der Ausnehmungen 10 mit der Vergussmasse 12 möglich. Weiterhin kann ein Austreten der Vergussmasse 12 aus dem Rotorblechpaket 5 vermieden werden. In dem Fall, dass sowohl die Angusspunkte 13 als auch die Verteilungsstruktur 14 in Rotorblechen 6 angeordnet sind, ist weiterhin eine spanende Bearbeitung der Endscheibe 9 nicht erforderlich.
-
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
