DE102014225260A1

DE102014225260A1 - Kühlungsoptimiertes Blechpaket für einen permanentmagnetischen Rotor einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102014225260A1
Application number: DE102014225260.1A
Authority: DE
Inventors: Bernd Rattay; Peter Bachmeier; Ngoc-Thach Nguyen; Sascha Klett; Thanh-Hung Nguyen-Schaefer
Original assignee: Robert Bosch GmbH; EM Motive GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2014-12-09
Publication date: 2016-06-09

Abstract

Es sind schon Blechpakete für einen Rotor einer elektrischen Maschine bekannt, das über den Umfang des Blechpakets verteilte Taschen zur Aufnahme von Permanentmagneten aufweist, wobei jede Tasche zumindest ein federndes Halteelement aufweist, das in die Tasche vorsteht. Die federnden Halteelemente sind an einer dem Außenumfang abgewandten Innenseite der Taschen vorgesehen und drücken die Permanentmagnete an eine Außenseite der Taschen, wodurch jeweils ein Luftspalt zwischen dem Permanentmagnet und der Innenseite der Tasche entsteht. Dieser Luftspalt verschlechtert jeweils den Wärmetransport vom Permanentmagneten über das Blechpaket zu einer Rotorwelle, auf der das Blechpaket angeordnet ist, so dass die Kühlung des Rotors nicht optimal ist. Der Gesamtwirkungsgrad der elektrischen Maschine wird durch die daraus resultierende Temperaturerhöhung des Blechpakets (Wärmeverlust) reduziert. Bei dem erfindungsgemäßen Blechpaket wird die Kühlung des Rotors verbessert. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das zumindest eine federnde Halteelement (6) jeweils an einer dem Außenumfang zugewandten Außenseite (A) der Tasche (4) vorgesehen ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Blechpaket für einen Rotor einer elektrischen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist schon ein Blechpaket für einen Rotor einer elektrischen Maschine aus der DE 10 2007 029 719 A1 bekannt, das über den Umfang des Blechpakets verteilte Taschen zur Aufnahme von Permanentmagneten aufweist, wobei jede Tasche zumindest ein federndes Halteelement aufweist, das in die Tasche vorsteht. Die federnden Halteelemente sind an einer dem Außenumfang abgewandten Innenseite der Taschen vorgesehen und drücken die Permanentmagnete an eine Außenseite der Taschen, wodurch jeweils ein Luftspalt zwischen dem Permanentmagnet und der Innenseite der Tasche entsteht. Dieser Luftspalt verschlechtert jeweils den Wärmetransport vom Permanentmagneten über das Blechpaket zu einer Rotorwelle, auf der das Blechpaket angeordnet ist, so dass die Kühlung des Rotors nicht optimal ist. Der Gesamtwirkungsgrad der elektrischen Maschine wird durch die daraus resultierende Temperaturerhöhung des Blechpakets (Wärmeverlust) reduziert.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Blechpaket für einen Rotor einer elektrischen Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Kühlung des Blechpaketes bzw. Rotors verbessert und somit der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine erhöht wird, indem das zumindest eine federnde Halteelement jeweils an einer dem Außenumfang zugewandten Außenseite der Tasche vorgesehen ist. Durch die erfindungsgemäße Ausführung werden die in die Taschen eingelegten Permanentmagnete von den federnden Halteelementen jeweils an eine dem Außenumfang abgewandte Innenseite der Taschen gedrückt. Dadurch kann die im Blechpaket induzierte Wärme besser zur Rotorwelle hin geleitet und dort durch eine Kühlung der Rotorwelle abtransportiert werden. Außerdem ermöglicht die Erfindung eine Befestigung der Permanentmagnete in den Taschen ohne Verwendung eines Klebers.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Blechpakets möglich.
Besonders vorteilhaft ist, wenn zwischen dem Außenumfang des Blechpakets und der dem Außenumfang zugewandten Seite der Taschen jeweils ein Randabschnitt gebildet ist, an dem jeweils das zumindest eine Halteelement vorgesehen ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass der Luftspalt zwischen dem Permanentmagneten und der Innenseite der Tasche verringert oder beseitigt wird und damit die Kühlung verbessert wird. Der Grund dafür ist, dass der Wärmeübergangskoeffizient des metallischen Blechpakets viel höher ist als der Wärmeübergangskoeffizient von Luft.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn das Blechpaket aus einer Vielzahl von übereinander angeordneten Blechen gebildet ist, wobei mehrere der Bleche jeweils Öffnungen zur Bildung der Taschen aufweisen, wobei an zumindest einem der eine Tasche bildenden Bleche zumindest ein Halteelement ausgebildet ist. Auf diese Weise werden die Permanentmagnete zuverlässig durch Federkräfte in den Taschen gehalten.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn das zumindest eine federnde Halteelement jeweils derart ausgebildet ist, dass es beim Einfügen der Permanentmagnete in die Taschen in axialer Richtung des Rotors elastisch gebogen wird. Auf diese Weise werden die Permanentmagnete zuverlässig durch Federkräfte in den Taschen gehalten.
Auch vorteilhaft ist, wenn in einer Tasche mehrere Halteelemente vorgesehen sind, die in axialer Richtung des Rotors gesehen hintereinander angeordnet sind, wobei zwischen zwei in axialer Richtung benachbarten, zur selben Tasche gehörenden Halteelementen jeweils zumindest ein Blech vorgesehen ist, das in derselben Tasche kein Haltelement hat. Auf diese Weise werden in einer Tasche noch größere und über die entsprechende Fläche des Permanentmagneten gleichmäßiger verteilte Haltekräfte erzeugt als nur mit einem Halteelement pro Tasche. Außerdem können sich die Halteelemente durch den Abstand zwischen zwei Halteelementen elastisch biegen.
Desweiteren vorteilhaft ist, wenn das zumindest eine federnde Halteelement als in die Tasche vorstehende Ausbuchtung ausgebildet ist, da auf diese Weise eine besonders gute Halterung der Permanentmagnete erreicht wird.
Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn das zumindest eine federnde Halteelement zwischen zwei Einbuchtungen ausgebildet ist, da auf diese Weise eine besonders gute Elastizität des zumindest einen federnden Halteelementes erzielt wird.
Außerdem vorteilhaft ist, wenn die Bleche derart im Blechpaket ausgerichtet sind, dass der jeweils an den Blechen vorhandene Stanzgrat jeweils auf der gleichen axialen Seite der Bleche liegt. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Permanentmagnete von einer vorbestimmten Seite in die Taschen eingeschoben werden können, ohne dass Stanzgrate die Oberfläche der Permanentmagnete beschädigen.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
1 zeigt eine Teilansicht eines Blechpaketes mit Taschen nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Blechpaketes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
3 eine erfindungsgemäße Tasche gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und
4 eine erfindungsgemäße Tasche gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Blechpaketes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei die Teilansicht eine dreidimensionale Seitenansicht ist.
Das Blechpaket 1 ist Teil eines Rotors einer elektrischen Maschine. Das Blechpaket 1 ist zylinderförmig ausgebildet, hat eine Achse 2, einen der Achse 2 zugewandten Innenumfang und einen der Achse 2 abgewandten Außenumfang. Das Blechpaket 1 weist eine Vielzahl von übereinander angeordneten Blechen 3 auf. Über den Außenumfang des Blechpakets 1 sind in Umfangsrichtung gesehen mehrere Taschen 4 zur Aufnahme von Permanentmagneten 5 vorgesehen. Die Taschen 4 sind jeweils durch Öffnungen in den einzelnen Blechen 3 gebildet und verlaufen in axialer Richtung bezüglich der Achse 2. Jede Tasche 4 weist zumindest ein federndes Halteelement 6 auf, das an einem der Bleche 3 ausgeführt ist, in die jeweilige Tasche 4 vorsteht und den in der Tasche 4 angeordneten Permanentmagneten 5 fixiert. Die Permanentmagnete 5 sind beispielsweise rechteckförmig ausgeführt und haben zwei einander gegenüberliegende lange Seiten a und zwei einander gegenüberliegende kurze Seiten b. Ebenso weisen die Taschen 4 zwei einander gegenüberliegende lange Seiten A und zwei einander gegenüberliegende kurze Seiten B auf.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das zumindest eine federnde Halteelement 6 jeweils an einer dem Außenumfang zugewandten Seite, insbesondere der langen Außenseite A, der Tasche 4 ausgebildet ist. Das zumindest eine federnde Halteelement 6 ist jeweils derart ausgebildet, dass es auf eine lange Seite a des jeweiligen Permanentmagneten 5 drückt und seine gegenüberliegende lange Seite a an eine dem Außenumfang abgewandte Innenseite A der jeweiligen Tasche 4 drückt. Durch das Anliegen des Permanentmagneten 5 an der Innenseite A der jeweiligen Tasche 4 entfällt der im Stand der Technik vorhandene Luftspalt zwischen dem Permanentmagneten 5 und der Innenseite A, so dass die im Blechpaket 1 induzierte Wärme besser nach radial innen über eine mit dem Blechpaket 1 verbundene Rotorwelle 7 abtransportiert wird. Die Rotorwelle 7 kann beispielsweise eine flüssigkeitsgekühlte Hohlwelle sein. Die
Beispielsweise ist das Blechpaket 1 unmittelbar an der Rotorwelle 7 befestigt. Das Blechpaket 1 kann aber auch an einem nicht dargestellten Rotorträger befestigt sein, der mit der Rotorwelle 7 mechanisch verbunden ist.
Das zumindest eine Halteelement 6 ist jeweils an einem Randabschnitt 8 des Blechpakets 1 ausgeführt, der zwischen dem Außenumfang des Blechpakets 1 und den Taschen 4 gebildet ist. Der Randabschnitt 8 ist beispielsweise kreissegmentförmig oder stegförmig ausgebildet.
Nach dem ersten Ausführungsbeispiel weist die zur Bildung einer Tasche 4 vorgesehene Öffnung 4 eines einzelnen Bleches 3 nur ein einziges Halteelement 6 auf, das beispielsweise mittig auf der Seite A der Öffnung 4 angeordnet ist. Weiterhin ist gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in Umfangsrichtung gesehen zwischen zwei Taschen 4 ein Radialsteg 10 vorgesehen, der mit zwei Randabschnitten 8 von zwei Taschen 4 verbunden ist.
Das zumindest eine federnde Halteelement 6 ist jeweils als in die jeweilige Tasche 4 vorstehende Ausbuchtung ausgebildet und kann zur Erhöhung seiner Elastizität zwischen zwei Einbuchtungen 9 vorgesehen sein.
2 zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Blechpaketes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach 1.
Nach dem ersten Ausführungsbeispiel sind in jeder Tasche 4 mehrere Halteelemente 6 vorgesehen, die hinsichtlich ihrer Geometrie, insbesondere der Länge, derart ausgebildet sind, dass sie beim Einfügen des jeweiligen Permanentmagneten 5 in die jeweilige Tasche 4 in axialer Richtung 2 gesehen elastisch gebogen werden. Die mehreren Halteelemente 6 derselben Tasche 4 sind im Blechpaket 1 in axialer Richtung gesehen derart hintereinander angeordnet, dass zwischen zwei in axialer Richtung benachbarten, zur selben Tasche 4 gehörenden Halteelementen 6 jeweils zumindest ein, beispielsweise zwei Bleche 3 vorgesehen sind, die in derselben Tasche 4 kein Haltelement 6 haben. Auf diese Weise wird zwischen zwei Halteelementen 6 Raum zum axialen Biegen der Halteelemente 6 geschaffen. Diese Anordnung der Halteelemente 6 in der Tasche 4 kann erreicht werden, indem das Blechpaket 1 aus identischen Blechen 3 besteht, die in Umfangsrichtung gesehen abwechselnd mindestens eine Öffnung 4 mit zumindest einem Halteelement 6 und mindestens eine Öffnung 4 ohne Halteelement 6 haben und die in Umfangsrichtung zueinander verdreht sind. Alternativ kann das Blechpaket 1 aus zwei unterschiedlichen Blechen 3 aufgebaut sein.
Durch die zuverlässige kraftschlüssige Befestigung der Permanentmagnete 5 in den Taschen 4 kann der im Stand der Technik häufig verwendete und in die Taschen 4 eingegossene Kleber zur Befestigung der Permanentmagnete 5 entfallen.
Die Bleche 3 sind derart im Blechpaket 1 ausgerichtet, dass der jeweils an den Blechen 3 vorhandene Stanzgrat jeweils auf der gleichen axialen Seite liegt. Die Permanentmagnete 5 werden dann jeweils von Seite der Bleche 3 in die Tasche 4 eingeführt, die keinen Stanzgrat aufweist. Auf diese Weise werden die Oberflächen der Permanentmagnete 5 beim Einführen in die Taschen 4 nicht beschädigt.
3 und 4 zeigen jeweils eine erfindungsgemäße Tasche gemäß einem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel.
Das zweite und dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 lediglich darin, dass die zur Bildung einer Tasche 4 vorgesehene Öffnung eines Bleches 3 nicht nur ein Halteelement 6, sondern zwei Halteelemente 6 umfasst. Nach dem zweiten Ausführungsbeispiel in 3 sind die zwei Halteelemente 6 mit den Einbuchtungen 9 jeweils symmetrisch zur Mitte der Seite A der Öffnung 4 eines Blechs 3 vorgesehen. Nach dem dritten Ausführungsbeispiel in 4 sind die zwei Halteelemente 6 in den dem Außenumfang zugewandten Eckbereichen der Taschen 4 angeordnet.
Beim zweiten bzw. dritten Ausführungsbeispiel weist das Blechpaket 1 mehrere, übereinander angeordnete Bleche 3 gemäß der 3 bzw. 4 auf, wobei diese Bleche 3 beispielsweise derart in Umfangsrichtung zueinander verdreht sind, dass zwischen zwei in axialer Richtung benachbarten, zur selben Tasche 4 gehörenden Halteelementen 6 jeweils zumindest ein, beispielsweise zwei Bleche 3 vorgesehen sind, die in derselben Tasche 4 kein Haltelement 6 haben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007029719 A1 [0002]

Claims

Blechpaket für einen Rotor einer elektrischen Maschine, das über den Außenumfang des Blechpakets (1) verteilte Taschen (4) zur Aufnahme von Permanentmagneten (5) aufweist, wobei jede Tasche (4) zumindest ein federndes Halteelement (6) aufweist, das in die Tasche (4) vorsteht, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine federnde Halteelement (6) jeweils an einer dem Außenumfang zugewandten Außenseite (A) der Tasche (4) vorgesehen ist.
Blechpaket nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Halteelemente (6) jeweils derart ausgebildet ist, dass in die Taschen (4) eingelegte Permanentmagnete (5) jeweils an eine dem Außenumfang abgewandte Innenseite (A) der Taschen (4) gedrückt werden.
Blechpaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Außenumfang des Blechpakets (1) und der dem Außenumfang zugewandten Außenseite (A) der Taschen (4) jeweils ein Randabschnitt (8) gebildet ist, an dem jeweils das zumindest eine Halteelement (6) vorgesehen ist.
Blechpaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpaket (1) aus einer Vielzahl von übereinander angeordneten Blechen (3) gebildet ist, wobei mehrere der Bleche (3) jeweils Öffnungen (4) zur Bildung der Taschen (4) aufweisen, wobei an zumindest einem der Bleche (3) einer Tasche (4) zumindest ein Halteelement (6) ausgebildet ist.
Blechpaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Halteelement (6) jeweils derart ausgebildet ist, dass es beim Einfügen der Permanentmagnete (5) in die Taschen (4) in axialer Richtung elastisch gebogen wird.
Blechpaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Tasche (4) mehrere Halteelemente (6) vorgesehen sind, die in axialer Richtung gesehen hintereinander angeordnet sind, wobei zwischen zwei in axialer Richtung benachbarten, zur selben Tasche (4) gehörenden Halteelementen (6) jeweils zumindest ein Blech (3) vorgesehen ist, das in derselben Tasche (4) kein Haltelement (6) hat.
Blechpaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Halteelement (6) als in die Tasche (4) vorstehende Ausbuchtung ausgebildet ist.
Blechpaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Halteelement (6) zwischen zwei Einbuchtungen (9) ausgebildet ist.
Blechpaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass pro Öffnung (4) eines Blechs (3) ein einziges Halteelement (6) vorgesehen ist, das in der Mitte einer Seite (A) der Öffnung (4) angeordnet ist, oder dass pro Öffnung (4) eines Blechs (3) zwei Halteelemente (6) vorgesehen sind, die in Eckbereichen der Öffnung (4) oder symmetrisch zur Mitte der Seite (A) der Öffnung (4) angeordnet sind.
Blechpaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (3) derart im Blechpaket (1) ausgerichtet sind, dass der jeweils an den Blechen (3) vorhandene Stanzgrat jeweils auf der gleichen axialen Seite der Bleche (3) liegt.