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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Nummer 61/567,090, die am 05. Dezember 2011 eingereicht wurde und deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft Rotoren für elektrische Maschinen und Verfahren zur Herstellung oder zum Zusammenbauen von Rotoren für elektrische Maschinen.
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HINTERGRUND
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Ein Stator ist der stationäre Teil einer elektrischen Maschine. Der Stator interagiert mit einem Rotor, der der bewegliche oder sich drehende Teil der elektrischen Maschine ist. Der Stator und der Rotor ermöglichen, dass die elektrische Maschine mechanische Energie in elektrische Energie umsetzt (Generatormodus), und dass sie elektrische Energie in mechanische Energie umsetzt (Motormodus).
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es wird ein Rotorkern bereitgestellt, der zur Drehung um eine Achse etwa in einer elektrischen Maschine ausgestaltet ist. Der Rotorkern enthält ein erstes Stirnkernblech, ein zweites Stirnkernblech und ein Mittelkernblech, das axial zwischen dem ersten Stirnkernblech und dem zweiten Stirnkernblech angeordnet ist. Das Mittelkernblech weist mehrere erste Öffnungen auf, und das erste Stirnkernblech und das zweite Stirnkernblech weisen die ersten Öffnungen nicht auf.
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Es wird auch ein Verfahren zum Herstellen eines Rotorkerns mit einem Stanzwerkzeug bereitgestellt. Mindestens ein erstes Stirnkernblech wird ausgebildet, indem dem Stanzwerkzeug ein bekannter Rohling zugeführt wird und ein erster Schneidstempelsatz aktiviert wird. Die ausgebildeten ersten Stirnkernbleche werden gestapelt. Mindestens ein Mittelkernblech wird ausgebildet, indem dem Stanzwerkzeug ein weiterer bekannter Rohling oder ein weiterer Abschnitt des Rohlingstreifens zugeführt wird und der erste Schneidstempelsatz aktiviert wird. Es wird auch ein zweiter Schneidstempelsatz, der sich vom ersten Schneidstempelsatz unterscheidet, aktiviert. Der erste Schneidstempelsatz und der zweite Schneidstempelsatz sind Teil des gleichen Ausstanzwerkzeugs. Die ausgebildeten Mittelkernbleche werden dann auf das erste Stirnkernblech gestapelt.
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Mindestens ein zweites Stirnkernblech wird ausgebildet, indem dem Stanzwerkzeug ein weiterer bekannter Rohling zugeführt wird, und der erste Schneidstempelsatz aktiviert wird. Die ausgebildeten zweiten Stirnkernbleche werden dann auf die Mittelkernbleche und die ersten Stirnkernbleche gestapelt. Die ersten Stirnkernbleche, die zweiten Stirnkernbleche und die Mittelkernbleche können dann zusammengefügt werden, um den Rotorkern auszubilden.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung einiger der besten Arten und anderer Ausführungsformen, um die Erfindung auszuführen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische isometrische Ansicht eines Rotorkerns;
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2 ist eine schematische Querschnittsansicht des in 1 gezeigten Rotorkerns entlang einer Linie 2-2;
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3 ist eine schematische Draufsicht auf ein Stirnkernblech des in 1 und 2 gezeigten Rotorkerns; und
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4 ist eine schematische Draufsicht auf ein Mittelkernblech des in 1 und 2 gezeigten Rotorkerns.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Komponenten in den mehreren Figuren immer dort entsprechen, wo es möglich ist, ist in 1 eine isometrische Ansicht eines Rotorkerns 10 gezeigt. 2 zeigt einen Querschnitt des Rotorkerns 10 entlang einer Linie 2-2 von 1. In anderen Figuren gezeigte Merkmale und Komponenten können in diejenigen, die in 1 und 2 gezeigt sind, eingebaut und mit diesen verwendet werden, und Komponenten können zwischen allen gezeigten Konfigurationen vermischt und angepasst werden.
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Der Rotorkern 10 ist ausgestaltet, um sich innerhalb einer elektrischen Maschine (nicht gezeigt) um eine Achse 12 zu drehen. Die Achse 12 kann verwendet werden, um eine axiale Richtung oder eine axiale Bewegung zu definieren, die allgemein entlang oder parallel zu der Achse 12 auftritt. Eine entsprechende radiale Richtung ist rechtwinklig zu der Achse 12 und definiert eine direkte Bewegung von der Achse 12 nach außen oder nach innen. Der radiale Umfang des Rotors 10 enthält mehrere Rotorzähne 14. Leitfähige Wicklungen (nicht gezeigt) können um die Rotorzähne 14 herum gewickelt oder gewunden sein. Alternativ kann ein leitfähiges Material an den Rotorkern 10 gespritzt werden, etwa durch Ausfüllen des Raums zwischen den Rotorzähnen 14 und durch Ausbilden von Endringen bzw. Kurzschlussringen (nicht gezeigt) an den Stirnseiten des Rotorkerns 10. Zusätzliche Komponenten können zum Rotorkern 10 hinzugefügt werden, um einen vollständig montierten Rotor (nicht gezeigt) auszubilden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail mit Bezug auf Fahrzeuganwendungen beschrieben sein kann, werden Fachleute die breitere Anwendbarkeit der Erfindung erkennen. Der Fachmann wird erkennen, dass Begriffe wie etwa ”oben”, ”unten”, ”nach oben”, ”nach unten” usw. zur Beschreibung der Figuren verwendet werden und keine Einschränkungen des Umfangs der Erfindung darstellen, die durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
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Der Rotorkern 10 ist ein geschichteter Kern, der im Gegensatz zu einem massiven Kern aus axial gestapelten Kernblechen ausgebildet ist. Der Rotorkern 10 ist aus mindestens einem ersten Stirnkernblech 20 und mindestens einem zweiten Stirnkernblech 22 zusammengebaut oder ausgebildet, welche auch einfach als Stirnkernbleche oder Stirndeckel bezeichnet werden können. Mindestens ein Mittelkernblech 24 ist axial zwischen dem ersten Stirnkernblech 20 und dem zweiten Stirnkernblech 22 angeordnet.
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1 und 2 veranschaulichen das erste Stirnkernblech 20, das zweite Stirnkernblech 22 und das Mittelkernblech 24 als einzelne Komponenten. Jedoch werden viele Ausgestaltungen des Rotorkerns 10 aus jeweils mehreren ersten Stirnkernblechen 20, zweiten Stirnkernblechen 22 und Mittelkernblechen 24 ausgebildet sein. Zum Beispiel und ohne Einschränkung können zwei erste Stirnkernbleche 20, zwanzig Mittelkernbleche 24 und drei zweite Stirnkernbleche 22 vorhanden sein. Alternativ können gleiche Anzahlen der ersten Stirnkernbleche 20 und der zweiten Stirnkernbleche 22 vorhanden sein.
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Wie in 1 und 2 gezeigt ist, kann der Rotorkern 10 ausgebildet werden, indem die mehreren ersten Stirnkernbleche 20 zu einer ersten axialen Länge 30 gestapelt werden, und die mehreren zweiten Stirnkernbleche 22 zu einer zweiten axialen Länge 32 gestapelt werden. Auf ähnliche Weise können die mehreren Mittelkernbleche 24 zu einer dritten axialen Länge 34 gestapelt werden, die sich von der ersten axialen Länge 30 und der zweiten axialen Länge 32 unterscheidet. Es ist jedoch zu beachten, dass die erste axiale Länge 30 und die zweite axiale Länge 32 nicht gleich sein müssen.
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Mit Bezug nun auf 3 und 4 und mit fortgesetzter Bezugnahme auf 1 und 2 sind zusätzliche Ansichten einiger Komponenten des Rotorkerns 10 gezeigt. 3 ist eine Draufsicht auf eines der ersten Stirnkernbleche 20 oder der zweiten Stirnkernbleche 22. 4 zeigt eine Draufsicht auf eines der Mittelkernbleche 24.
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Bei dem gezeigten veranschaulichenden Rotorkern 10 sind die ersten Stirnkernbleche 20 und die zweiten Stirnkernbleche 22 vor der Montage des Rotorkerns 10 im Wesentlichen identisch. Nach der Montage können die ersten Stirnkernbleche 20, die zweiten Stirnkernbleche 22 oder beide verändert sein. Jedoch ist es nicht notwendig, dass die ersten Stirnkernbleche 22 und die zweiten Stirnkernbleche 24 vor der Montage identisch sind.
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Die ersten Stirnkernbleche 20, die zweiten Stirnkernbleche 22 und die Mittelkernbleche 24 können durch Stanzen oder durch andere Herstellungsprozesse, die maschinelles Bearbeiten oder Gießen umfassen, ausgebildet sein. In vielen Fällen können die ersten Stirnkernbleche 20, die zweiten Stirnkernbleche 22 und die Mittelkernbleche 24 aus Scheiben oder Rohlingen des gleichen Materials ausgebildet sein. Zum Beispiel und ohne Einschränkung kann das Material Stahl, Edelstahl oder Aluminium sein. Alternativ können die ersten Stirnkernbleche 20, die zweiten Stirnkernbleche 22 und die Mittelkernbleche 24 aus einem kontinuierlichen Materialstreifen, der einem Stanzwerkzeug oder einem Ausstanzwerkzeug im Wesentlichen kontinuierlich zugeführt wird, statt aus einzelnen Rohlingen ausgebildet werden.
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Die ersten Stirnkernbleche 20, die zweiten Stirnkernbleche 22 und die Mittelkernbleche 24 weisen eine zentrale Welle 40 auf, die im Inneren in der Nähe der Achse 12 ausgebildet ist. Die zentrale Welle 40 kann ermöglichen, dass sich der Rotorkern 10 unabhängig von einer Lagerwelle oder einem Lager (nicht gezeigt) dreht, die bzw. das radial innerhalb des Rotorkerns 10 angeordnet ist. Alternativ kann der Rotorkern 10 an eine Ausgangswelle (nicht gezeigt) für die elektrische Maschine angepasst sein. Zwischen den Rotorzähnen 14 sind mehrere Nuten 42 ausgebildet.
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Die Mittelkernbleche 24 weisen mehrere erste Öffnungen 44 auf, die zwischen den Rotorzähnen 14 und der Achse 12 ausgebildet sind. Die ersten Öffnungen 44 sind jedoch nicht an den ersten Stirnkernblechen 20 und den zweiten Stirnkernblechen 22 ausgebildet. In den Mittelkernblechen des gezeigten veranschaulichenden Rotorkerns 10 sind sechs der ersten Öffnungen 44 ausgebildet. Es wird jedoch angemerkt, dass die gezeigte Anzahl der ersten Öffnungen 44 keine Einschränkung darstellt.
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Die ersten Öffnungen 44 verringern die Masse und die Massenträgheit der Mittelkernbleche 24. Die Mittelkernbleche 24 können außerdem mehrere zweite Öffnungen (nicht gezeigt) enthalten, die an den ersten Stirnkernblechen 20 und den zweiten Stirnkernblechen 22 ausgebildet sind können oder auch nicht.
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Wenn die Mittelkernbleche 24 aus dem gleichen Material wie die ersten Stirnkernbleche 20 und die zweiten Stirnkernbleche 22 ausgebildet sind, werden die Mittelkernbleche 24 vor der Montage eine geringere Durchschnittsdichte als sowohl die ersten Stirnkernbleche 20 als auch die zweiten Stirnkernbleche 22 aufweisen. Wenn darüber hinaus die ersten Stirnkernbleche 20, die zweiten Stirnkernbleche 22 und die Mittelkernbleche 24 im Wesentlichen die gleiche Dicke aufweisen, werden die Mittelkernbleche 24 weniger Masse aufweisen.
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Wie in 1–3 gezeigt ist, ist mindestens ein Balanceloch 46 in mindesten einem der zweiten Stirnkernbleche 22 oder einem der ersten Stirnkernbleche 20 ausgebildet. Die Balancelöcher 46 können ausgebildet werden, nachdem der Rotorkern 10 montiert worden ist und auf Balance um die Achse 12 herum getestet worden ist. Die Balancelöcher 46 können eine Tiefe von weniger als der zweiten axialen Länge 32 aufweisen, so dass die Balancelöcher 46 nicht zu den Mittelkernblechen 24 durchdringen. Bei vielen Konfigurationen des Rotorkerns 10 können die Balancelöcher 46 in sowohl den ersten Stirnkernblechen 20 als auch den zweiten Stirnkernblechen 22 ausgebildet sein. Daher werden die in den ersten Stirnkernblechen 20 ausgebildeten Balancelöcher 46 eine Tiefe aufweisen, die geringer als die erste axiale Länge 30 ist.
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Herstellungsvariationen oder Toleranzen können verursachen, dass der Rotorkern 10 um die Achse 12 herum nicht perfekt ausbalanciert ist. Beispielsweise können Unterschiede bei den bekannten Rohlingen oder dem bekannten Streifenmaterial, das verwendet wird, um die ersten Stirnkernbleche 20, die zweiten Stirnkernbleche 22 und die Mittelkernbleche 24 zu erzeugen, den Schwerpunkt oder Massenträgheitspunkt von der Achse 12 weg bewegen. Darüber hinaus beeinträchtigen die leitfähigen Wicklungen und andere hinzugefügte Komponenten die Balance des endgültigen montierten Rotors. Daher wird der montierte Rotor, nachdem der Rotorkern in den vollständig montierten Rotor eingebaut ist, ausbalanciert bzw. ausgewuchtet. Wenn in einigen Fällen der montierte Rotor ausreichend ausgewuchtet ist, brauchen keine Balancelöcher 46 im Rotorkern 10 ausgebildet werden.
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Das Entfernen von Material, indem die Balancelöcher 46 in den ersten Stirnkernblechen 20 oder den zweiten Stirnkernblechen 22 oder beiden ausgebildet werden, kann die Balance des Rotorkerns 10 zum Betrieb in der elektrischen Maschine verbessern. Dadurch, dass die ersten Öffnungen 24 in den zweiten Stirnkernblechen 22 nicht ausgebildet werden, steht mehr Material zum Entfernen zur Verfügung, was Flexibilität bei der Stelle, der Anzahl und der Tiefe der Balancelöcher 46 ermöglicht. Die Dicke der ersten Stirnkernbleche 20 oder der zweiten Stirnkernbleche 22 kann so eingestellt werden, dass genügend Material zum Korrigieren der Unwucht bereitgestellt wird.
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Ein veranschaulichendes oder beispielhaftes Verfahren zum Erzeugen des Rotorkerns 10 kann ein Ausstanzwerkzeug oder eine Werkzeugvorrichtung mit mehreren Stempeln verwenden, um die Öffnungen auszuschneiden. Die genaue Reihenfolge der beschriebenen Schritte kann nicht notwendig sein und Schritte können anders angeordnet oder weggelassen werden oder zusätzliche Schritte können hinzugefügt werden. Zu Darstellungszwecken kann das Verfahren mit Bezug auf die Elemente und Komponenten beschrieben sein, die mit Bezug auf 1–4 gezeigt und beschrieben sind. Jedoch können andere Komponenten verwendet werden, um das Verfahren und die Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, in die Praxis umzusetzen. Beliebige der Schritte können durch mehrere Steuerungen oder Steuerungssystemkomponenten ausgeführt werden.
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Das Verfahren kann umfassen, dass mindestens ein erstes Stirnkernblech 20 durch Zuführen eines bekannten Rohlings zum Stanzwerkzeug und durch Aktivieren eines ersten Schneidstempelsatzes, was verursacht, dass sich der erste Schneidstempelsatz in den bekannten Rohling hineinbewegt, ausgebildet wird. Der erste Schneidstempelsatz erzeugt die bekannten Öffnungen, welche die zentrale Welle 40 und die Nuten 42 sind. Die ersten Stirnbleche 20 werden dann gestapelt, etwa auf einer Basis oder einem Montagegestell. Dieser Abschnitt des Verfahrens kann wiederholt werden, bis die ersten Stirnkernbleche 20 zu einer ersten Tiefe gestapelt sind, etwa der ersten axialen Länge 30.
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Alternativ können die ausgebildeten ersten Stirnkernbleche 20 innerhalb des Stempels gestapelt werden, während die ersten Kernbleche 20 aus dem bekannten Rohling der Reihe nach ausgestanzt werden. Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Begriff ”bekannter Rohling” entweder einzelne Stücke oder Abschnitte eines Materials oder eine kontinuierlich zugeführte Materialquelle, etwa einen langen Streifen. Aufeinanderfolgende erste Stirnkernbleche 20 für den Rotorkern 10 können während des Stanzprozesses gepresst und mit zuvor ausgebildeten ersten Stirnkernblechen 20 verriegelt werden.
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Das Verfahren umfasst außerdem, dass mindestens ein Mittelkernblech 24 ausgebildet wird, indem ein weiterer bekannter Rohling oder ein weiterer Abschnitt des bekannten Rohlings dem Stanzwerkzeug zugeführt wird und der erste Schneidstempelsatz aktiviert wird. Anders als bei den ersten Stirnkernblechen 20 umfasst das Verfahren für die Mittelkernbleche 24, dass ein zweiter Schneidstempelsatz aktiviert wird, der sich vom ersten Schneidstempelsatz unterscheidet. Das Aktivieren des zweiten Schneidstempelsatz bewirkt, dass sich der zweite Schneidstempelsatz in den bekannten Rohling hineinbewegt. Der zweite Schneidstempelsatz erzeugt die ersten Öffnungen 44, so dass sich die Mittelkernbleche 24 von den ersten Stirnkernblechen 20 unterscheiden. Jedoch wird angemerkt, dass der erste Schneidstempelsatz und der zweite Schneidstempelsatz Teil des gleichen Ausstanzwerkzeugs sind.
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Die ausgebildeten Mittelkernbleche 24 können auf dem ersten Stirnkernblech 20 gestapelt oder verriegelt werden. Dieser Abschnitt des Verfahrens kann wiederholt werden, bis die Mittelkernbleche 24 zu einer zweiten Tiefe gestapelt sind, etwa der dritten axialen Länge 34. Daher werden die ersten Stirnkernbleche 20 und die Mittelkernbleche 24 durch das gleiche Ausstanzwerkzeug oder den gleichen Stempel ausgebildet, indem die Schneidstempelsätze, die betätigt werden, variiert werden.
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Das Verfahren umfasst ferner, dass mindestens ein zweites Stirnkernblech 22 ausgebildet wird, indem dem Ausstanzwerkzeug ein weiterer bekannter Rohling oder ein zusätzliches Rohlingmaterial zugeführt wird und der erste Schneidstempelsatz aktiviert wird. Wenn nur der erste Schneidstempelsatz aktiviert wird, sind die ersten Stirnkernbleche 20 und die zweiten Stirnkernbleche 22 im Wesentlichen identisch.
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Die ausgebildeten zweiten Stirnkernbleche 22 können dann auf den Mittelkernblechen 24 gestapelt werden. Dieser Abschnitt des Verfahrens kann wiederholt werden, bis die zweiten Stirnkernbleche 22 zu der ersten Tiefe gestapelt sind, etwa der ersten axialen Länge 30, so dass es eine gleiche Anzahl erster Stirnkernbleche 20 und zweiter Stirnkernbleche 22 an entgegengesetzten Seiten der Mittelkernbleche 24 geben kann. Das Verfahren kann umfassen, dass die ersten Stirnkernbleche 20, die zweiten Stirnkernbleche 22 und die Mittelkernbleche 24 zusammengefügt werden, um den Rotorkern 10 auszubilden. Das Zusammenfügen kann auftreten, nachdem der Stanzprozess beendet ist, oder es kann Teil des Stanzprozesses sein, so dass die ersten Stirnkernbleche 20, die zweiten Stirnkernbleche 22 und die Mittelkernbleche 24 innerhalb des Ausstanzwerkzeugs oder des Stempels zusammengefügt oder verriegelt werden.
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Nachdem der Rotorkern 10 zusammengefügt ist, kann das Verfahren das Testen des Rotorkerns 10 auf eine Drehbalance um die Achse 12 herum umfassen. Dann kann ein oder können mehrere Ausgleichsmerkmale in den ersten Stirnkernblechen 20 und/oder den zweiten Stirnkernblechen 22 ausgebildet werden. Das Ausbilden der Ausgleichsmerkmale kann umfassen, dass die Balancelöcher 46 in mindestens eines der zweiten Stirnkernbleche 22 gebohrt werden. Die Balancelöcher 46 können auf weniger als die erste Tiefe gebohrt werden, so dass die Balancelöcher 46 keinen Zugang zu den ersten Öffnungen 44 oder den Mittelkernblechen 24 allgemein bereitstellen.
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Die genaue Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Erfindung, aber der Umfang der Erfindung wird alleine durch die Ansprüche definiert. Obwohl einige der besten Arten und andere Ausführungsformen zum Ausführen der beanspruchten Erfindung im Detail beschrieben wurden, existieren verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zum Umsetzen der Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, in die Praxis.
