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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft elektrische Maschinen und insbesondere Rotoren für elektrische Maschinen.
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HINTERGRUND
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Ein Elektromotor verwendet potentielle elektrische Energie, um mechanische Energie durch die Wechselwirkung von Magnetfeldern und stromführenden Leitern zu erzeugen. Der umgekehrte Prozess, die Verwendung mechanischer Energie, um elektrische Energie zu erzeugen, wird von einem Generator oder Dynamo durchgeführt. Andere elektrische Maschinen, etwa Motoren/Generatoren, kombinieren verschiedene Merkmale von sowohl Motoren als auch Generatoren.
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Elektrische Maschinen können ein Element umfassen, das um eine Mittelachse herum drehbar ist. Das drehbare Element, das als Rotor bezeichnet sein kann, kann koaxial zu einem statischen Element sein, das als Stator bezeichnet sein kann. Die elektrische Maschine verwendet eine Relativdrehung zwischen dem Rotor und dem Stator, um mechanische Energie oder elektrische Energie zu erzeugen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es wird eine Rotoranordnung bereitgestellt. Die Rotoranordnung umfasst eine Nabe und einen Rotorkern mit einem ersten Rotorkernblech, das zumindest teilweise um die Nabe herum positioniert ist. Das erste Rotorkernblech ist zumindest teilweise durch ein erstes Segment und ein zweites Segment definiert, die zur Verbindung oder Verriegelung miteinander ausgestaltet sind. Das erste Segment enthält einen Vorsprung, der sich von einem ersten Körper aus erstreckt. Der Vorsprung ist zum Eingriff in eine entsprechende Kerbe im zweiten Segment ausgestaltet, um das erste Segment mit dem zweiten Segment zu verbinden. Mindestens eine erste Montagezunge erstreckt sich vom ersten Körper aus und ist zum Eingriff in eine entsprechende erste Rille an einem äußeren Umfang der Nabe ausgestaltet, um das erste Segment mit der Nabe zu verbinden.
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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 zum Ausführen der Erfindung, 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 perspektivische Ansicht einer Rotoranordnung mit einer Nabe und einem Rotorkern, der aus Kernblechen, die mehrere Segmente pro Kernblech aufweisen, gemäß einer ersten Ausführungsform ausgebildet ist;
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2 ist eine schematische fragmentarische Draufsicht des Rotorkerns und der Nabe, die in 1 gezeigt sind, wobei andere Komponenten der Klarheit halber entfernt sind;
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3 ist eine schematische fragmentarische Vergrößerungsansicht eines Abschnitts 3, der in 2 gezeigt ist;
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4 ist eine schematische fragmentarische Draufsicht einer Rotoranordnung mit einem Rotorkern und einer Nabe gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
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5 ist eine schematische fragmentarische Vergrößerungsansicht eines Abschnitts 5, der in 4 gezeigt ist.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Mit Bezug auf die Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen in den mehreren Ansichten gleiche oder ähnliche Komponenten bezeichnen, ist 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Rotoranordnung 10 mit einem Rotorkern 12 und einer Nabe 14 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Nabe 14 ist der Länge nach um eine Mittelachse 16 herum angeordnet. Eine Stirnseite 18 des Rotorkerns 12 ist in 1 gezeigt. Die Nabe 14 kann innere und äußere Abschnitte 20, 22 umfassen, die konzentrisch und über Speichen 24 miteinander verbunden sind. Die Nabe 14 kann eine einzelne zylindrische Welle (nicht gezeigt) sein. Der Rotorkern 12 ist zumindest teilweise um die Nabe 14 herum positioniert. Wie in 1 dargestellt ist, wird der Rotorkern 12 ausgebildet, indem mehrere Rotorkernbleche 26, etwa ein erstes Rotorkernblech 28, zusammengesetzt oder gestapelt werden. Der Rotorkern 12 ist so ausgestaltet, dass er innerhalb eines allgemein ringförmigen Stators (nicht gezeigt) drehbar ist. Mit Bezug auf 1 kann die Anordnung 10 außerdem ein Zielobjekt 34 für einen Drehzahl- und Positionssensor und eine Keilverzahnung 36 umfassen, die mit einer (nicht gezeigten) Komponente in Eingriff steht, um Drehmoment von der Anordnung 10 zu übertragen. Die Anordnung 10 kann außerdem einen Stirnring umfassen, der zu Darstellungszwecken nicht gezeigt ist.
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2 ist eine schematische Draufsicht eines Abschnitts des Rotorkerns 12 und der Nabe 14, die in 1 gezeigt sind, wobei der Klarheit halber andere Komponenten entfernt sind. Mit Bezug auf 1–2 können mehrere Nuten 30 in der Nähe des äußeren Umfangs des ersten Rotorkernblechs 28 ausgebildet sein. Die Nuten 30 können teilweise mit Permanentmagneten 32 (in 1 gezeigt) gefüllt sein. Das erste Rotorkernblech 28 ist aus mehreren Segmenten ausgebildet. Mit Bezug auf 1–2 sind ein erstes Segment 40 und ein zweites Segment 42 so ausgestaltet, dass sie miteinander verriegeln und das erste Rotorkernblech 28 zumindest teilweise definieren. Ein drittes Segment 44 ist zur Verriegelung mit dem ersten Segment 40 ausgestaltet, um das erste Rotorkernblech 28 weiter zu definieren. Das Verwenden eines ersten Rotorkernblechs 28, das aus mehreren Segmenten zusammengesetzt ist, beseitigt den Bedarf für eine große Rohlinggröße, die typischerweise benötigt wird, um Rotorkernbleche ohne Segmentierung zu erzeugen. Das erste, zweite und dritte Segment 40, 42 und 44 können mit der gleichen oder einer ähnlichen Geometrie ausgebildet sein. Alternativ können das erste, zweite und dritte Segment 40, 42, 44 mit verschiedenen Geometrien ausgebildet sein, zum Beispiel verschiedenen Umrissen und Anzahlen von Nuten 30.
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3 ist eine schematische Vergrößerungsansicht eines Abschnitts 3, der in 2 gezeigt ist, welche die Schnittstelle zwischen den ersten und zweiten Segmenten 40, 42 des Rotorkerns 12 (in 1 gezeigt) veranschaulicht. Mit Bezug auf 2–3 umfasst das erste Segment 40 einen Vorsprung 46, der sich von einem ersten Körper 48 aus erstreckt. Der Vorsprung 46 ist zum Eingriff in eine entsprechende Kerbe 50 im zweiten Segment 42 ausgestaltet, um das erste Segment 40 mit dem zweiten Segment 42 zu verbinden. Die Kerbe 50 ist so geformt, dass sie dem Vorsprung 46 entspricht oder mit diesem übereinstimmt, um einen ausreichend festen Passsitz bereitzustellen.
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Der Vorsprung 46 kann so geformt sein, dass er genügend Ringspannungsfestigkeit oder -steifigkeit bereitstellt, um zu ermöglichen, dass der Rotorkern 12 (und die Nabe 14) mit höheren Drehzahlen gedreht werden. Die Ringspannungsfestigkeit und -steifigkeit kann als die Fähigkeit, Umfangskräften zu widerstehen, definiert sein. Wenn sich der Rotorkern 12 dreht, wird eine Kraftkomponente in die radiale Richtung aufgrund der Zentrifugalbelastung 58 (in 2–3 gezeigt) induziert. Die Komponenten des Rotorkerns 12 werden aufgrund der Zentrifugalbelastung auseinander gezogen. Ein Teil der Radialbelastung wird über den Vorsprung 46 hinweg befördert, wodurch eine tangentiale Last 56 (in 2–3 gezeigt) in den Rotorkern 12 induziert wird. Das erste Segment 40 ist ausgestaltet, um die strukturelle oder tangentiale Last 56 mit dem zweiten Segment durch den Vorsprung 46 zu teilen.
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Der Vorsprung 46 ist so ausgestaltet, dass er eine Form aufweist, die eine Verriegelungsfähigkeit bereitstellt, d. h. eine Form, welche die ersten und zweiten Segmente 40, 42 miteinander verriegelt oder zusammenhält, wenn sich der Rotorkern 12 und die Nabe 14 drehen. Mit Bezug auf 3 kann der Vorsprung 46 bei einem Beispiel durch einen proximalen Abschnitt 52 und einen distalen Abschnitt 54 definiert sein, wobei der distale Abschnitt 54 eine Breite 53 aufweist, die größer als die Breite 55 des proximalen Abschnitts 52 ist. Der Vorsprung 46 kann außerdem auf andere Weisen, die eine Verriegelungsfähigkeit bereitstellen, geformt sein. Die in 1–3 gezeigte Ausführungsform kann bei Anwendungen verwendet werden, bei denen sich der Rotorkern 12 mit hohen Drehzahlen bewegt.
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Mit Bezug auf 2–3 kann das erste Segment 40 durch eine oder mehrere erste Montagezungen 60, die sich vom ersten Körper 48 aus erstrecken, mit der Nabe 14 verbunden sein. Mit Bezug auf 2–3 ist die erste Montagezunge 60 zum Eingriff in eine entsprechende erste Rille 62 an einem äußeren Umfang 64 der Nabe ausgestaltet. Die erste Rille 62 weist eine interne Form auf, die der ersten Montagezunge 60 entspricht oder mit dieser übereinstimmt, um einen ausreichend festen Passsitz bereitzustellen. Wie in 2–3 gezeigt ist, kann die erste Montagezunge 60 eine ”Schwalbenschwanz”-Form aufweisen. Mit Bezug auf 3 kann die erste Montagezunge 60 durch ein Ende 66, das so ausgestaltet ist, dass es im Wesentlichen parallel zum äußeren Umfang 64 der Nabe 14 verläuft, und durch mindestens zwei Spitzen 68 definiert sein, die so ausgestaltet sind, dass sie zumindest teilweise abgerundet sind und im Wesentlichen rechtwinklig relativ zum Ende 66 verlaufen.
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Mit Bezug auf 2 umfasst das zweite Segment 42 eine oder mehrere zweite Montagezungen 70, die sich von einem zweiten Körper 72 aus erstrecken. Jede zweite Montagezunge 70 ist zum Eingriff in eine entsprechende zweite Rille 74 in der Nabe 14 ausgestaltet, um das zweite Segment 42 mit der Nabe 14 zu verbinden, wie in 2 gezeigt ist.
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Mit Bezug auf 2–3 kann jedes der Segmente 40, 42 (und ein Segment 44, das in 1–2 gezeigt ist) jeweils durch ein Außenprofil 76, ein Innenprofil 78 und Ränder 80 definiert sein. Mit Bezug auf 2–3 kann das Innenprofil 78 durch mindestens ein Relief 79 definiert sein, das ermöglicht, dass ein variierender Radius am Innenprofil 78 erhalten wird. Anders ausgedrückt kann das Innenprofil 78 durch mindestens einen angrenzenden Abschnitt 82 (der an den äußeren Umfang 64 der Nabe 14 angrenzt) und mindestens einen nicht angrenzenden Abschnitt 84 definiert sein (der vom äußeren Umfang 64 der Nabe 14 beabstandet ist). Der angrenzende Abschnitt 82 weist einen größeren ersten Radius 86 auf als der zweite Radius 88 des nicht angrenzenden Abschnitts 84. Mit Bezug auf 3 kann das Innenprofil 78 mit einer abgerundeten Ecke 89 zwischen dem Relief 79 und dem normalen Rand der ersten Montagezunge 60 (oder der zweiten Montagezunge 70) ausgebildet sein, um eine Belastung des Rotorkerns 12 zu verringern. Mit Bezug auf 3 kann der angrenzende Abschnitt 82 durch eine Breite 83 definiert sein. Nur als Beispiel kann die Breite 83 1 mm betragen.
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Mit Bezug auf 1–2 ist ein drittes Segment 44 zur Verriegelung mit dem ersten Segment 40 ausgestaltet, um das erste Rotorkernblech 28 weiter zu definieren. In der gezeigten Ausführungsform ist das erste Rotorkernblech 12 aus sechs Segmenten ausgebildet. Jedoch kann eine beliebige Anzahl von Segmenten verwendet werden, um jedes der Kernbleche oder jede der Schichten des Rotorkerns 12 zu erzeugen. Mit Bezug auf 2 enthält das dritte Segment 44 einen dritten Vorsprung 92, der zum Eingriff mit einer entsprechenden Kerbe 94 im ersten Segment 40 ausgestaltet ist, wodurch das erste Segment 40 mit dem dritten Segment 44 verbunden wird. Mit Bezug auf 2 umfasst das dritte Segment 44 eine dritte Montagezunge 96, die zum Eingriff in eine entsprechende dritte Rille 98 in der Nabe 14 ausgestaltet ist, um das dritte Segment 44 mit der Nabe 14 zu verbinden.
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4 ist eine fragmentarische schematische Draufsicht einer Rotoranordnung 110 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Mit Bezug auf 4 umfasst die Anordnung 110 eine Nabe 114 und einen Rotorkern 112 mit einem ersten Rotorkernblech 128. Die in 4 gezeigte Anordnung 110 ähnelt der Anordnung 10 in der ersten Ausführungsform, sofern es nicht anderweitig beschrieben ist.
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Das erste Rotorkernblech 128 ist aus mehreren Segmenten ausgebildet. Mit Bezug auf 4 sind erste, zweite und dritte Segmente 140, 142, 144 ausgestaltet, um miteinander zu verriegeln und das erste Rotorkernblech 128 zumindest teilweise zu definieren. 5 ist eine schematische fragmentarische Vergrößerungsansicht eines Abschnitts 5, der in 4 gezeigt ist, welche die Schnittstelle zwischen den Segmenten 140, 142 und der Nabe 114 zeigt. Mit Bezug auf 5 umfasst das erste Segment 140 einen Vorsprung 146, der sich von einem ersten Körper 148 aus erstreckt. Der Vorsprung 146 ist zum Eingriff in eine entsprechende Kerbe 150 im zweiten Segment 142 ausgestaltet, um das erste Segment 140 mit dem zweiten Segment 142 zu verbinden. Mit Bezug auf 5 umfasst das zweite Segment 142 einen Überstand 151, der sich von einem zweiten Körper 172 aus erstreckt und zum Eingriff in eine entsprechende Ausnehmung 153 im ersten Segment 140 ausgestaltet ist.
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Mit Bezug auf 5 hält die Verriegelung des Vorsprungs 146 im ersten Segment 140 mit der Kerbe 150 im zweiten Segment 142 und des Überstands 151 im zweiten Segment 142 mit der Ausnehmung 153 im ersten Segment 140 das erste und zweite Segment 140, 142 vom Verbiegen nach außen oder Verdrehen ab, wenn sich der Rotorkern 112 (und die Nabe 114) drehen, das heißt, die Verriegelung trägt die radialen Lasten, die während des Drehens induziert werden. Wenn sich der Rotorkern 112 dreht, wird aufgrund einer Zentrifugalbelastung 156 (in 5 gezeigt) eine Kraftkomponente in die radiale Richtung induziert. Aufgrund der Zentrifugalbelastung 156 werden die Komponenten des Rotorkerns 112 auseinander gezogen. Mit Bezug auf 5 wird ein Teil der radialen Belastung über den Vorsprung 146 hinweg befördert. Die in 4–5 gezeigte Ausführungsform kann bei Anwendungen verwendet werden, bei denen sich der Rotorkern 112 mit niedrigen Drehzahlen bewegt. Die Anzahl der Montagezungen 60, 70, 160, 170 in jeder Ausführungsform kann in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung variiert werden. Zum Beispiel kann die Anzahl der Montagezungen 60, 70, 160, 170 auf der Grundlage der Belastung der Komponenten gewählt werden, d. h. die Belastung wird unter der Streckgrenze des Materials gehalten, das zum Ausbilden der Nabe 14 oder 114 und des ersten Rotorkernblechs 28 oder 128 verwendet wird.
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Ähnlich wie die erste Ausführungsform und mit Bezug auf 5 sind die ersten und zweiten Segmente 140, 142 mit der Nabe 114 durch jeweilige erste und zweite Montagezungen 160, 170 verbunden, welche in jeweilige Rillen 162, 174 in der Nabe 114 eingeführt sind. Die zweite Montagezunge 170, die das zweite Segment 142 an der Nabe 114 befestigt, ist ausreichend nahe am Vorsprung 146 positioniert, sodass die Kräfte, die auf das erste Segment 140 einwirken, auf das zweite Segment 142 und dann direkt in die Nabe 114 hinein übertragen werden. Dies minimiert eine Verbiegung des ersten Rotorkernblechs 128.
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Mit Bezug auf 4–5 kann jedes der Segmente 140, 142, 144 jeweils durch ein Außenprofil 176, ein Innenprofil 178 und Ränder 180 definiert sein. Mit Bezug auf 5 ist der Vorsprung 146 des ersten Segments 140 so ausgestaltet, dass er relativ zum Rand 180 geneigt ist, wie durch den Neigungswinkel 181 gezeigt ist. Bei einem Beispiel beträgt der Neigungswinkel 181 30 Grad.
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Mit Bezug auf 5 kann das Innenprofil 178 durch mindestens ein Relief 179 definiert sein, das ermöglicht, dass am Innenprofil 178 ein variierender Radius erhalten wird. Anders ausgedrückt kann das Innenprofil 178 durch mindestens einen angrenzenden Abschnitt 182 (der an den äußeren Umfang 164 der Nabe 114 angrenzt) und mindestens einen nicht angrenzenden Abschnitt 184 (der vom äußeren Umfang 164 der Nabe 114 beabstandet ist) definiert sein. Der angrenzende Abschnitt 182 weist einen größeren ersten Radius 186 als der zweite Radius 188 des nicht angrenzenden Abschnitts 184 auf. Mit Bezug auf 5 kann das Innenprofil 178 mit einer abgerundeten Ecke 189 zwischen dem Relief 179 und dem normalen Rand der zweiten Montagezunge 170 (oder der ersten Montagezunge 160) ausgebildet sein, um eine Belastung des Rotorkerns 112 zu verringern.
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Die genaue Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Erfindung, aber der Umfang der Erfindung wird nur durch die Ansprüche definiert. Obwohl einige der besten Arten und andere Ausführungsformen zum Ausführen der beanspruchten Erfindung im Detail beschrieben worden sind, existieren verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen, um die in den beigefügten Ansprüchen definierte Erfindung in die Praxis umzusetzen.
