DE102015220124A1 - Rotor für Scheibenläufermaschine - Google Patents

Rotor für Scheibenläufermaschine Download PDF

Info

Publication number
DE102015220124A1
DE102015220124A1 DE102015220124.4A DE102015220124A DE102015220124A1 DE 102015220124 A1 DE102015220124 A1 DE 102015220124A1 DE 102015220124 A DE102015220124 A DE 102015220124A DE 102015220124 A1 DE102015220124 A1 DE 102015220124A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
rotor
fiber
fiber layers
permanent magnets
rotor disk
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102015220124.4A
Other languages
English (en)
Inventor
Konstantin Lindenthal
Martin Fickert
Claus-Christian Oetting
Mickael Kremer
Dominik Flore
Anton Braeunig
Lena Falk
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102015220124.4A priority Critical patent/DE102015220124A1/de
Publication of DE102015220124A1 publication Critical patent/DE102015220124A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706Inner rotors
    • H02K1/272Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706Inner rotors
    • H02K1/272Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • H02K1/2773Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect consisting of tangentially magnetized radial magnets
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

Ein Rotor (18) für eine elektrische Scheibenläufermaschine (10) umfasst eine Rotorscheibe (22) und eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung um eine Drehachse der Rotorscheibe (22) angeordnete Permanentmagnete (24), die in axialen Öffnungen (26) in der Rotorscheibe (22) gehalten sind. Die Rotorscheibe (22) weist eine Mehrzahl von in axialer Richtung aufeinander geschichteter Faserlagen (32) auf, die jeweils wenigstens eine bevorzugte Faserrichtung (34) aufweisen und die in ein Matrixmaterial (36) eingebettet sind. Die Faserlagen (32) sind derart geschichtet, dass die bevorzugten Faserrichtungen (34) in eine Mehrzahl von radialen Richtungen (30) weisen, die gleichmäßig in Umfangsrichtung um die Rotorscheibe (22) verteilt sind.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine Scheibenläufermaschine, die als Transversalflussmaschine oder als Axialflussmaschine ausgebildet sein kann, sowie eine Scheibenläufermaschine mit einem derartigen Rotor.
  • Stand der Technik
  • Elektrische Maschinen mit einem scheibenförmigen Rotor bzw. elektrische Scheibenläufermaschinen ermöglichen hohe Drehmomente und Leistungsdichten in kurzen axialen Bauräumen. Ein Stator erzeugt dabei einen axial ausgerichteten Magnetfluss, der durch Permanentmagnete eines Rotors verläuft.
  • Diese elektrischen Maschinen können unterschiedlich aufgebaut sein. Beispielsweise kann die elektrische Maschine einen Stator neben einem Rotor, einen Rotor zwischen zwei Statorelementen oder einen Stator zwischen zwei Rotorelementen aufweisen.
  • Normalerweise wird der Rotor aus einer oder mehreren Vollscheiben gebaut. Diese Vollscheiben tragen Permanentmagnete, die parallel zur Drehachse magnetisiert sein können und kreisförmig zur Rotationsachse angeordnet sind. Die Rotorscheibe, in der die Permanentmagnete fixiert sind, ist meistens sehr flach. Die Permanentmagnete sind beispielsweise in eine Vollscheibe integriert, die die Permanentmagnete in der Ebene der Vollscheibe umschließt, aber axial frei lässt. Derartige rahmenförmige Ausführungen werden beispielsweise in der US 8 624 456 B2 oder der US 2005 0 285 467 A1 beschrieben.
  • Weiter ist bekannt, die Rotorscheibe aus faserverstärktem Kunststoff herzustellen, wie es beispielsweise in der EP 2 667 485 A1 erwähnt wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, eine robuste Scheibenläufermaschine mit hohem Wirkungsgrad bereitzustellen.
  • Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
  • Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Scheibenläufermaschine, beispielsweise eine Axialfluss- oder eine Radialflussmaschine. Der scheibenförmige Rotor kann zwischen zwei ringförmigen Statorelementen eingebettet sein, die ein veränderliches elektromagnetisches Feld erzeugen, das den Rotor in Bewegung versetzt. Die Scheibenläufermaschine kann auch mehrere Rotoren aufweisen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Rotor eine Rotorscheibe und eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung um eine Drehachse der Rotorscheibe angeordnete Permanentmagnete, die in axialen Öffnungen in der Rotorscheibe gehalten sind. Alle benachbarten Permanentmagnete bzw. benachbarten axialen Öffnungen können in Umfangsrichtung mit dem gleichen Winkel beabstandet sein.
  • Die Rotorscheibe ist aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt und weist eine Mehrzahl von in axialer Richtung aufeinander geschichteter Faserlagen auf, die jeweils wenigstens eine bevorzugte Faserrichtung aufweisen und die in ein Matrixmaterial eingebettet sind. Die Faserlagen sind derart geschichtet, dass die bevorzugten Faserrichtungen in eine Mehrzahl von radialen Richtungen weisen, die gleichmäßig in Umfangsrichtung um die Rotorscheibe verteilt sind. Dies können zwischen 10 und 40 verschiedene radiale Richtungen sein.
  • Dadurch, dass die bevorzugten Faserrichtungen der Faserlagen in eine Mehrzahl von radialen Richtungen verlaufen, sind viele Fasern in Belastungsrichtung ausgerichtet, so dass wenig Material benötigt wird. Weiter wird durch die verschiedenen Faserrichtungen ein relativ homogener Werkstoff für die Rotorscheibe erzeugt. Mit der Rotorscheibe kann eine optimale radial laufende Faserorientierung einfach erzeugt werden. Weiter kann das Werkstoffvolumen verringert werden, was zu einer Reduktion der Materialkosten führt.
  • Dass eine Faserlage mit einer ihrer bevorzugten Faserrichtung an einer radialen Richtung ausgerichtet ist, kann bedeuten, dass die bevorzugte Faserrichtung und/oder die Fasern, die die bevorzugte Faserrichtung definieren, im Wesentlichen parallel zu der radialen Richtung verlaufen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die radialen Richtungen an Stegen der Rotorscheibe zwischen zwei benachbarten axialen Öffnungen ausgerichtet. Die Permanentmagnete bzw. die die Permanentmagnete aufnehmenden axialen Öffnungen sind in der Regel symmetrisch zueinander in einem Ring um die Achse des Rotors angeordnet. Zwischen den Permanentmagneten bzw. den axialen Öffnungen befinden sich radial verlaufende (in der Regel schmale) Stege, an denen die Faserlagen ausgerichtet werden können. Es ist möglich, dass pro Steg eine, zwei oder mehr Faserlagen vorhanden sind, die an dem Steg ausgerichtet sind.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist je Permanentmagnet eine radiale Richtung vorhanden, an der wenigstens eine Faserlage ausgerichtet ist. Dies kann beispielsweise über einen Steg neben dem Permanentmagneten erfolgen, d.h., pro Steg zwischen zwei benachbarten axialen Öffnungen kann wenigstens eine Faserlage vorhanden sein, deren bevorzugte Faserrichtung an dem Steg ausgerichtet ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind benachbarte Faserlagen bezüglich ihrer bevorzugten Faserrichtung um den gleichen Winkel zueinander verdreht. Mehrere in axiale Richtung aufeinanderfolgende Faserlagen können jeweils an aufeinanderfolgenden radialen Richtungen ausgerichtet sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Faserlagen symmetrisch zu einer Mittelebene der Rotorscheibe angeordnet. D.h., von beiden Seiten der Rotorscheibe ausgehend verlaufen bei den jeweils äußersten Faserlagen, den jeweils eins weiter innen liegenden Faserlagen usw. die bevorzugten Faserrichtungen parallel zueinander.
  • Pro radial gegenüberliegendem Paar von Stegen zwischen axialen Öffnungen können zwei symmetrisch zu einer Mittelebene angeordnete Faserlagen vorhanden sein, die an der radialen Richtung ausgerichtet sind, die durch das Paar von Stegen definiert ist. Auf diese Weise kann die Rotorscheibe genauso viele an Stegen orientierte Faserlagen wie Permanentmagnete umfassen.
  • Die Faserlagen können Fasern umfassen, die mehrere Zentimeter lang sind, beziehungsweise die den Rotor ganz durchmessen können (beispielsweise endlose Fasern, die am Rand der Faserlage abgeschnitten sind).
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfassen die Faserlagen unidirektionale Faserlagen, d.h. Faserlagen, bei denen ein großer Teil der Fasern in eine Richtung orientiert sind. Bei einer Faserlage kann eine bevorzugte Faserrichtung eine Faserrichtung sein, in der ein großer Teil (z.B. mehr als 20% oder mehr als 50%) der Fasern verlaufen. Bei einer Faserlage mit unidirektionalen Fasern können dies auch mehr als 90% der Fasern sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfassen die Faserlagen Gewebelagen, d.h. Faserlagen, bei denen die Fasern miteinander verwebt sind. Bei Gewebelagen können durch die Schuss- und Kettfäden zwei orthogonal zueinander verlaufende bevorzugte Richtungen vorhanden sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Matrixmaterial ein Duroplast oder ein Thermoplast. Beispielsweise können die geschichteten Faserlagen mit einem RTM(resin transfer)-Verfahren in ein Duroplast eingegossen werden, das dann aushärtet. Auch können Halbzeuge, bei denen Faserlagen in ein Thermoplast eingebettet sind, entsprechend aufeinandergelegt werden und dann unter Hitze zusammengepresst werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfassen die Fasern Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern. Die Rotorscheibe kann also aus GFK (glasfaserverstärktem Kunststoff) und/oder CFK (kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff) hergestellt sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Permanentmagnete durch eine über den Faserlagen angeordnete Deckschicht in den Öffnungen gehalten. Diese Deckschicht kann aus einer oder mehreren zusätzlichen Faserlagen aufgebaut sein. Die Deckschicht kann in dem gleichen Schritt, in dem die Faserlagen miteinander durch das Matrixmaterial verbunden werden, mit den Faserlagen verbunden werden.
  • Die Deckschicht kann über den Permanentmagneten geöffnet sein, um eine bessere Kühlung der Permanentmagnete zu ermöglichen. Die Deckschicht kann die Permanentmagnete radial überlappen, um die Permanentmagnete in den Öffnungen zu fixieren.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Permanentmagnete in die axialen Öffnungen geklebt, um die Permanentmagnete in den Öffnungen zu fixieren. In diesem Fall wird die Deckschicht nicht benötigt, kann aber trotzdem vorhanden sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind an axialen Seiten der Rotorscheibe axial abstehende Flügel angebracht, die dazu ausgeführt sind, bei Drehung der Rotorscheibe Kühlluft an den Permanentmagneten vorbei zu fördern. Diese Flügel bzw. Schaufeln können in den Luftspalt zwischen dem Rotor und einem Stator hineinragen. Sie können im radialen Bereich der Permanentmagnete angebracht sein und im Wesentlichen radial orientiert sein. Die Flügel können einen rechteckigen oder gekrümmten Querschnitt aufweisen. An der Rotorscheibe können zwischen halb so viel bis doppelt so viel Flügel wie Permanentmagnete vorgesehen sein. Die Flügel können mit gleichem Winkelabstand zueinander in einem Ring in Umfangsrichtung um die Rotorscheibe angebracht sein.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
  • Die 1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Scheibenläufermaschine mit einem Rotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Die 2 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Rotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Die 3 zeigt schematisch die Schichtung eines Rotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Die 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Rotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Die 5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Rotor gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • Die 6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Rotor gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • Die 7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Rotor gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • Die 8 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Rotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt eine elektrische Scheibenläufermaschine 10, die ein Gehäuse 12 aus mehreren Komponenten 14 umfasst, in der zwei ringförmige Statorelemente 16 und ein dazwischen angeordneter scheibenförmiger Rotor 18 angeordnet ist. Es ist auch möglich, dass die Scheibenläufermaschine 10 mehrere Rotoren 18 umfasst.
  • In den beiden identisch aufgebauten Statorelementen 16 befinden sich Wicklungen 20, die bei Bestromung einen magnetischen Fluss mit Komponenten im Wesentlichen in axialer Richtung durch den Rotor 18 hindurch erzeugen und den Rotor 18 in Drehung versetzen können.
  • Der Rotor 18 ist um eine Welle 20 bezüglich einer Achse drehbar und umfasst eine Rotorscheibe 22, in der eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung um die Achse der Rotorscheibe 22 angeordnete Permanentmagnete 24 gehalten sind. Die Permanentmagnete 24 sind in axialen Öffnungen 26 in der Rotorscheibe 22aufgenommen. Die Permanentmagnete 24 können trapezförmig oder rechteckförmig sein. Es sind Vollmagnete, aber auch segmentierte Magnete möglich.
  • Die 2 zeigt einen Abschnitt eines Rotors 18 für die Scheibenläufermaschine 10 aus einer seitlichen Richtung. Zwischen den Permanentmagneten 24 umfasst die Rotorscheibe 22 Stege 28, die in radialen Richtungen 30 verlaufen. Beispielsweise umfasst der Rotor 18 24 Permanentmagnete und damit auch 24 axiale Öffnungen 26, zwischen denen 24 Stege 28 angeordnet sind. Damit werden durch die Stege 28 12 radiale Richtungen 30 definiert. Der Winkel zwischen zwei radialen Richtungen kann also 15° betragen.
  • Die Rotorscheibe 22 ist aus faserverstärktem Kunststoff aufgebaut und weist eine Mehrzahl von in axialer Richtung aufeinander geschichteter Faserlagen 32 auf, die eine oder mehrere bevorzugte Faserrichtungen 34 aufweisen. Die Faserlagen 32 können unidirektionale Faserlagen umfassen und/oder können (wie dargestellt) Gewebelagen umfassen. Die Fasern der Faserlagen 32 können Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern sein, d.h., die Rotorscheibe kann glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) oder kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK) umfassen.
  • Weiter sind die Faserlagen 32 in ein Matrixmaterial 36 eingebettet; wie etwa ein Duroplast oder ein Thermoplast.
  • Bei der Rotorscheibe 22 sind die Faserlagen 32 derart geschichtet, dass die bevorzugten Faserrichtungen 34 in einer Mehrzahl von radialen Richtungen 30 weisen, die gleichmäßig in Umfangsrichtung um die Rotorscheibe 22 verteilt sind. Pro Steg 28 zwischen zwei benachbarten axialen Öffnungen 26 ist wenigstens eine Faserlage 32 vorhanden, bei der eine bevorzugte Faserrichtung 34 an dem Steg 28 ausgerichtet ist. Es ist zu verstehen, dass bei einer geraden Anzahl von Permanentmagneten 24, axialen Öffnungen 26 bzw. Stegen 28 ein Paar von radial gegenüberliegenden Stegen 28 eine gemeinsame radiale Richtung teilen.
  • Wie in der 2 dargestellt ist, sind benachbarte Faserlagen 32 bezüglich ihrer bevorzugten Faserrichtung 34 um den gleichen Winkel zueinander verdreht. Dieser Winkel entspricht dem Winkel zwischen zwei Stegen 28, d.h. beispielsweise 15°.
  • Die 3 zeigt schematisch den Schichtaufbau der Rotorscheibe 22. Die Faserlagen 32 sind zusammen mit einem Winkel dargestellt, um den sie gegenüber einer ersten Lage 32a verdreht sind. Als Beispiel ist in der 3 der Winkel 15° gezeigt, wobei die Rotorscheibe 24 Faserlagen aufweist.
  • Bis zu einer axialen Mittelebene 38 sind die Faserlagen 32 jeweils um den gleichen Winkel gegenüber ihrer Vorgängerlage verdreht. Weiter sind die Faserlagen 32 symmetrisch zu der Mittelebene 38 angeordnet. D.h., die gegenüberliegende äußerste Faserlage 32b weist die gleiche bevorzugte Faserrichtung auf wie die äußerste Faserlage 32a auf der anderen Seite.
  • Dieser Aufbau führt dazu, dass pro radial gegenüberliegendem Paar von Stegen 28 zwei symmetrisch zu der Mittelebene 38 angeordnete Faserlagen 32 vorhanden sind, die an der radialen Richtung ausgerichtet sind, die durch das Paar von Stegen 28 definiert ist.
  • Im Allgemeinen kann die Rotorscheibe 22 einen aus n Faserlagen 32 geschichteten Aufbau besitzen, wobei n die Anzahl der Anzahl der Permanentmagnete 24, axialen Öffnungen 26 bzw. der Stege 28 ist. n kann im Bereich zwischen 10 und 40 liegen.
  • Nummeriert man die Faserlagen 32 in Dickenrichtung bzw. in axiale Richtung mit x, wobei 1 < x < n, so gilt: Winkel(Faserlage x) = Winkel(Faserlage n – (x – 1))
  • Zwei übereinander liegende Faserlagen 32 sind daher bis zur Faserlage n/2 um den Winkel 360/n Grad verdreht: Winkel(Faserlage x + 1) = 360°/n + Winkel(x)
  • In der 3 ist dies für n=24 illustriert. Bis zur 12. Faserlage 32 sind die Faserlagen 32 jeweils um 15° zueinander verdreht. Die Faserlagen 32 mit den Nummern 24, 23, 22, ... haben damit die gleiche Orientierung wie die Faserlagen 32 mit den Nummern 1, 2, 3, usw.
  • Der Rotor 18 ist in der 4 im Teilquerschnitt dargestellt. Es ist möglich, dass die Permanentmagnete 24 lediglich mit ihren radialen Seitenflächen und/oder Seitenflächen in Umfangsrichtung an der Rotorscheibe 22 befestigt sind. Die Permanentmagnete 24 können in die Öffnungen 26 geklebt sein.
  • Weiter kann die Rotorscheibe 22 über einen Flansch 40 an der Welle 20 befestigt sein, der in radialer Richtung neben der Rotorscheibe angeordnet ist.
  • Die Herstellung der Rotorscheibe 22 kann beispielsweise im Resin-Transfer-Moulding-Verfahren erfolgen. Dazu werden die Faserlagen 32 entsprechend dem zuvor erläuterten Aufbau gestapelt, mit einem Binder versehen und gepresst.
  • Aus der entstehenden Vorform können die axialen Öffnungen 26 dann herausgetrennt werden (beispielsweise mittels Stanzen oder Fräsen).
  • Die bearbeitete Preform wird dann zusammen mit den Permanentmagneten 24 in ein Werkzeug gelegt und flüssiges Matrixmaterial 26 (etwa Kunstharz) injiziert. Das Matrixmaterial 26 führt zu einer Verklebung mit den Permanentmagneten 24.
  • Alternativ können die Permanentmagnete 24 aber auch formschlüssig in die Rotorscheibe 22 eingebracht werden, indem diese vor der Injektion mit Matrixmaterial 36 mit Trennmittel versehen werden. In diesem Fall kann eine Deckschicht 42, wie etwa ein Deckvlies für die axiale Fixierung, verwendet werden.
  • Derartige Deckschichten sind in den 5 und 6 dargestellt. Die Permanentmagnete 24 können durch über den Faserlagen 32 angeordnete Deckschichten 42 in den Öffnungen 26 gehalten werden. Diese Deckschichten 42 können zur besseren Kühlung der Permanentmagnete 24 über den Permanentmagneten 24 geöffnet sein und die Permanentmagnete 24 radial überlappen (sieh 5), so dass die Deckschichten 42 die Permanentmagnete 24 axial in den Öffnungen 26 hält. Es ist aber auch möglich, dass die Deckschichten 42 die Permanentmagnete 24 vollständig überdecken (siehe 6).
  • Eine weitere Möglichkeit der Herstellung der Rotorscheibe 22 erfolgt mit sogenannten Organoblechen. Organobleche sind Halbzeuge, in denen unidirektionale oder gewebte Fasern mit einer thermoplastischen Matrix verbunden sind. Aus diesen Faserlagen 32 können die axialen Öffnungen 26 (und andere geforderte Geometrien) herausgetrennt werden, um die Faserlagen 32 anschließend zu einer gesamten Rotorscheibe 22 zu stapeln und unter Hitzeeinwirkung zusammen mit den Permanentmagneten 24 zu verpressen. Der heiße Thermoplast kann dabei eine Klebeverbindung mit den Permanentmagneten 24 eingehen, die auch mit einem Haftvermittler versehen sein können. Hierbei kann analog, wie in Bezug auf die 5 und 6 beschrieben, ein Organoblech als Deckschicht 42 verwendet werden, um die Permanentmagnete 24 axial zu fixieren.
  • Die 7 zeigt eine Schnittansicht analog den 4 bis 6 und illustriert, dass an axiale Seiten der Rotorscheibe 22 axial abstehende Flügel 44 angebracht sind, die dazu ausgeführt sind, bei Drehung der Rotorscheibe 22 Kühlluft an den Permanentmagneten 24 vorbei zu fördern. Beispielsweise können die Flügel 44 mit einer geöffneten Deckschicht, wie sie in 5 gezeigt ist, kombiniert werden. Bei Drehung der Rotorscheibe 22 können die Flügel 44 als Schaufeln bzw. Luftschaufeln wirken. Damit kann eine höhere konvektive Kühlleistung durch höheren Massestrom im Fall eines offenen Luftkreislaufs erreicht werden. Auch kann auf eine Ölkühlung verzichtet werden.
  • Die Flügel 44 ragen in den Luftspalt 46 zwischen der Rotorscheibe 22 und dem Stator 16 und/oder können periodisch angeordnet sein. Die Flügel 44 können an einer oder beiden axialen Stirnflächen der Rotorscheibe 22 und/oder in einem oder mehreren Ringen um die Drehachse der Rotorscheibe 22 angeordnet sein.
  • Die Flügel 44 können mit der Rotorscheibe 22 gefügt werden oder direkt bei der Scheibenherstellung innerhalb eines Werkzeuges aufgebracht werden. Dazu können die Flügel 44, die beispielsweise aus Kunststoff gefertigt sind, auf eine Rotorscheibe 22 aufgeklebt werden oder aber direkt innerhalb des Herstellungsprozesses der Rotorscheibe 22 mitgefertigt werden, beispielweise bei einem RTM-Verfahren oder beim Spritzgießen, indem das Werkzeug die Kontur der Flügel 44 aufweist.
  • Die Anzahl der Flügel kann zwischen der halben Anzahl der Permanentmagnete 24 und der doppelten Anzahl der Permanentmagnete 24 betragen.
  • In der 3 sind einige geometrische Parameter der Rotorscheibe 22 und der Flügel dargestellt:
    Die radiale Erstreckung L der Flügel 44 kann größer als die Differenz zwischen dem Innenradius RI,M und dem Außenradius RA,M der Permanentmagnete 24 sein.
  • Für die Schaufeldicke d kann gelten: 0,8·s < d < 0,95·s, wobei s die Breite des Luftspalts 46 ist.
  • Die Flügel 44 können am Außenradius RA,S der Rotorscheibe 22 anliegen, d.h. mit dem Außendurchmesser der Rotorscheibe 22 enden und nicht über diese hinausragen.
  • 8 zeigt mehrere Ausführungsformen von Flügeln 44, 44‘, 44‘‘ in einer Zeichnung. Es ist zu verstehen, dass bei einer Rotorscheibe 22 lediglich eine geometrische Form von Flügeln vorhanden sein kann.
  • Wie in der 8 dargestellt ist, können die Flügel 44 eine Bogenform aufweisen, wobei RS der Krümmungsradius der Flügel 44 ist. Dabei kann gelten, dass der Innenradius RI,S der Rotorscheibe 22 kleiner als der Krümmungsradius RS der Flügel 44 ist und/oder dass der Krümmungsradius RS der Flügel 44 kleiner als der Außenradius RA,S der Rotorscheibe 22 ist.
  • Die Flügel 44 können aber auch andere geometrische Formen aufweisen, beispielsweise eine Rechteckform 44‘. Weiter können die Flügel 44‘‘ schräg angestellt werden.
  • Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“ etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
  • 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
    • US 8624456 B2 [0004]
    • US 20050285467 A1 [0004]
    • EP 2667485 A1 [0005]

Claims (10)

  1. Rotor (18) für eine elektrische Scheibenläufermaschine (10), der Rotor (18) umfassend: eine Rotorscheibe (22); eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung um eine Drehachse der Rotorscheibe (22) angeordnete Permanentmagnete (24), die in axialen Öffnungen (26) in der Rotorscheibe (22) gehalten sind; dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorscheibe (22) eine Mehrzahl von in axialer Richtung aufeinander geschichteter Faserlagen (32) aufweist, die jeweils wenigstens eine bevorzugte Faserrichtung (34) aufweisen und die in ein Matrixmaterial (36) eingebettet sind; und die Faserlagen (32) derart geschichtet sind, dass die bevorzugten Faserrichtungen (34) in eine Mehrzahl von radialen Richtungen (30) weisen, die gleichmäßig in Umfangsrichtung um die Rotorscheibe (22) verteilt sind.
  2. Rotor (18) nach Anspruch 1, wobei die radialen Richtungen (30) an Stegen (28) der Rotorscheibe (22) zwischen zwei benachbarten axialen Öffnungen (26) ausgerichtet sind; und/oder wobei pro Steg (28) zwischen zwei benachbarten axialen Öffnungen (26) wenigstens eine Faserlage (32) vorhanden ist, deren bevorzugte Faserrichtung (34) an dem Steg (28) ausgerichtet ist.
  3. Rotor (18) nach Anspruch 1 oder 2, wobei je Permanentmagnet (24) eine radiale Richtung (30) vorhanden ist, an der wenigstens eine Faserlage (32) ausgerichtet ist.
  4. Rotor (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei benachbarte Faserlagen (32) bezüglich ihrer bevorzugten Faserrichtung (34) um den gleichen Winkel zueinander verdreht sind.
  5. Rotor (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Faserlagen (32) symmetrisch zu einer Mittelebene (38) der Rotorscheibe (22) angeordnet sind; und/oder wobei pro radial gegenüberliegendem Paar von Stegen (28) zwischen axialen Öffnungen (26) zwei symmetrisch zu einer Mittelebene (38) angeordnete Faserlagen (32) vorhanden sind, die an der radialen Richtung (30) ausgerichtet sind, die durch das Paar von Stegen (28) definiert ist.
  6. Rotor (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Faserlagen (32) unidirektionale Faserlagen umfassen; und/oder wobei die Faserlagen (32) Gewebelagen umfassen.
  7. Rotor (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Matrixmaterial (36) ein Duroplast oder ein Thermoplast ist.
  8. Rotor (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Faserlagen (32) Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern umfassen.
  9. Rotor (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Permanentmagnete (24) durch eine über den Faserlagen (32) angeordnete Deckschicht (42) in den axialen Öffnungen (26) gehalten sind; und/oder wobei die Deckschicht (42) über den Permanentmagneten (24) geöffnet ist und die Permanentmagnete (24) radial überlappt; und/oder wobei die Permanentmagnete (24) in die axialen Öffnungen (26) geklebt sind.
  10. Rotor (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an axiale Seiten der Rotorscheibe (22) axial abstehende Flügel (44) angebracht sind, die dazu ausgeführt sind, bei Drehung der Rotorscheibe (22) Kühlluft an den Permanentmagneten (24) vorbei zu fördern.
DE102015220124.4A 2015-10-15 2015-10-15 Rotor für Scheibenläufermaschine Withdrawn DE102015220124A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015220124.4A DE102015220124A1 (de) 2015-10-15 2015-10-15 Rotor für Scheibenläufermaschine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015220124.4A DE102015220124A1 (de) 2015-10-15 2015-10-15 Rotor für Scheibenläufermaschine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015220124A1 true DE102015220124A1 (de) 2017-04-20

Family

ID=58456527

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015220124.4A Withdrawn DE102015220124A1 (de) 2015-10-15 2015-10-15 Rotor für Scheibenläufermaschine

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102015220124A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4080744A4 (de) * 2020-01-24 2023-07-05 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Polstück für ein magnetgetriebe, magnetgetriebe und herstellungsverfahren für ein polstück für ein magnetisches getriebe

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050285467A1 (en) 2004-06-29 2005-12-29 Nissan Motor Co., Ltd. Rotor of axial gap motor and method of producing same
EP2667485A1 (de) 2012-05-25 2013-11-27 Compound Disk Drives GmbH Elektromotor und Lagerungsanordnung
US8624456B2 (en) 2008-01-07 2014-01-07 Evo Electric Limited Rotor for an electrical machine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050285467A1 (en) 2004-06-29 2005-12-29 Nissan Motor Co., Ltd. Rotor of axial gap motor and method of producing same
US8624456B2 (en) 2008-01-07 2014-01-07 Evo Electric Limited Rotor for an electrical machine
EP2667485A1 (de) 2012-05-25 2013-11-27 Compound Disk Drives GmbH Elektromotor und Lagerungsanordnung

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4080744A4 (de) * 2020-01-24 2023-07-05 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Polstück für ein magnetgetriebe, magnetgetriebe und herstellungsverfahren für ein polstück für ein magnetisches getriebe

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102009021540B4 (de) Transversalflussmotor als Außenläufermotor und Antriebsverfahren
EP2696469B1 (de) Rotor für eine permanent erregte Synchronmaschine
EP3136565B1 (de) Faser-verbund-kunststoff-rotor für eine transversalfeld-erregte elektrische maschine und ein verfahren zu seiner herstellung
DE102010001481A1 (de) Rotor einer permanenterregten Synchronmaschine
EP2639935B1 (de) Rotor mit Permanenterregung, elektrische Maschine mit einem solchen Rotor und Herstellungsverfahren für den Rotor
DE102015208281A1 (de) Rotor für Axialflussmaschine
DE112006001929T5 (de) Rotornabe und -baugruppe für eine Permanentmagnet-Elektromaschine
DE102012021042A1 (de) Rotor und Motor
DE112014007129T5 (de) Statorkern für eine elektrische Rotationsmaschine, elektrische Rotationsmaschine und Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Rotationsmaschine
DE202012012228U1 (de) Rotor für eine Maschinenwelle einer Elektrischen Axialflussmaschine
DE112015006260T5 (de) Rotor für eine elektrische Rotationsmaschine und Herstellungsverfahren für einen Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine
DE3224904C2 (de) Gepanzerter Rotor für permanentmagnetisch erregte Drehfeldmaschinen
EP2790295A1 (de) Rotor für einen Reluktanzmotor, Verfahren zum Herstellen eines Rotors für einen Reluktanzmotor sowie elektrische Maschine, insbesondere ein Reluktanzmotor
EP2942858B1 (de) Rotorblechpaket
EP3051668B1 (de) Rotorsegment und Rotor einer elektrischen Maschine
DE102009001035A1 (de) Rotoranordnung für einen Elektromotor
DE102015220124A1 (de) Rotor für Scheibenläufermaschine
DE202018006077U1 (de) Rotoreinheit und Elektromotor
DE102008055893A1 (de) Rotor für eine schnell drehende permanenterregte elektrische Maschine und Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotors
DE102021111836A1 (de) Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine sowie elektrische Rotationsmaschine
DE102012112582A1 (de) Rotierender Elektromotor mit einem Rotor, dessen Konstruktion eine Beschädigung des laminierten Kerns verhindert
EP3480930B1 (de) Axialflussmaschine
DE102019201056A1 (de) Rotor mit einer Bandagenanordnung für eine elektrische Maschine
EP3391511B1 (de) Läufer für eine permanentmagneterregte synchronmaschine, pollückenstab für einen solchen läufer und verfahren zum herstellen eines solchen läufers
DE102015105991B4 (de) Elektroarbeitsmaschine hoher Leistungsdichte

Legal Events

Date Code Title Description
R005 Application deemed withdrawn due to failure to request examination